稀土光轉換熒光粉及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能電池用光轉換材料領域，具體涉及一種稀土光轉換熒光粉及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著能源需求的不斷增加和環保呼聲的日益提高，太陽能等可再生能源越來越受到人們的重視。太陽能具因其有清潔無污染、可再生等優點，被認為是替代傳統化石能源的一種新型清潔能源。太陽能光電轉換技術便是解決能源問題的主要候選方案之一。根據所用材料的不同，太陽能電池可分為:硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機太陽能電池等，其中硅太陽能電池是目前發展最成熟的、應用最廣的一種太陽能電池，占據主要市場。
[0003]硅太陽能電池僅能將其帶隙(Eg=l.120eV，X? 100nm)附近的近紅外光有效轉化為電能，而入射太陽光譜能量主要分布在紫外-可見區。這種光譜間的不匹配嚴重限制了單晶硅太陽能電池光電轉化效率的進一步提高。目前工業規模生產的硅太陽能電池的光電轉換效率僅為15%左右。通過稀土光轉換熒光粉將太陽光譜中的紫外-可見光下轉換為可被硅太陽能電池有效吸收的λ ? 100nm的近紅外光是提高硅太陽能電池光電轉換效率的一種有效途徑。
[0004]目前研究較多的提高硅太陽能電池光電轉換效率的稀土光轉換熒光粉主要利用的是Yb3+離子位于λ??100nm的近紅外發射，該發射恰與單晶硅的禁帶寬度匹配，為增強Yb3+離子在紫外-可見光區的吸收，通常引入Ce3+離子作為敏化劑，但因此不可避免存在Ce4+-Yb2+的金屬-金屬間的電荷迀移帶而導致的熒光猝滅。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種能夠有效吸收250nm-500nm范圍的紫外-可見光并將其轉換為λ -1OOOnm的近紅外光的硅太陽能電池用稀土光轉換熒光粉及其制備方法。
[0006]本發明稀土光轉換熒光粉，該熒光粉的化學組成通式為AB1-Wa3S6O:xYb3+，其中A為Sr、Ba中的一種或兩種元素;B為La、Y、Lu中的一種或多種元素;X為摩爾數，且0.001 <0.15ο
[0007]本發明稀土光轉換熒光粉的制備方法，以A的氧化物或A的相應鹽類為A元素的原料，以B的硫化物為B元素的原料，以Ga2S3為Ga元素的原料，以Yb2S3為Yb元素的原料，按照化學組成通式ABhGa3S6O: XYb3+，稱取相應原料，研磨混合均勻后，在保護氣氛下，于800-1100°C燒結l_5h，冷卻至室溫后粉碎研磨，即制得稀土光轉換熒光粉。
[0008]所述的保護氣氛為氮氣、氦氣、氬氣中的一種或多種的組合。
[0009]所述的A的相應鹽類為碳酸鹽或草酸鹽。
[0010]所述的B的硫化物為La2S3、Y2S3、Lu2S3中的一種或多種的組合。
[0011]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0012]本發明稀土光轉換熒光粉具有寬而強的電荷迀移帶吸收，可有效吸收250nm-500nm范圍的紫外-可見光，并轉化為與娃基太陽能電池匹配的λ * 100nm的近紅外光，提高硅太陽能電池的光電轉換效率;本發明所述的制備方法，工藝簡單，工藝參數易于控制。
【附圖說明】
[0013]圖1為實施例4中SrLa0.994Ga3S60:0.006Yb3+稀土光轉換熒光粉的近紅外激發和發射光譜。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
[0015]SrLa0.999Ga3S60:0.00 IYb3+稀土光轉換熒光粉的制備
[0016]稱取氧化鍶(SrO)0.3109g，硫化鑭(La2S3) 0.5604g，硫化鎵(Ga2S3) 1.0604g，硫化鐿(Yb2S3)0.0007g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氮氣(10分鐘)，將石英管內的空氣排凈，在氮氣氣氛下于950°C燒結3小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0017]實施例2
[0018]BaLa0.996Ga3S60:0.004Yb3+稀土光轉換熒光粉的制備
[0019]稱取氧化鋇(BaO)0.4600g，硫化鑭(La2S3)0.5587g，硫化鎵(Ga2S3) 1.0604g，硫化鐿(Yb2S3)0.0027g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氬氣(10分鐘)，將石英管內的空氣排凈，在氬氣氣氛下于800°C燒結5小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0020]實施例3
[0021 ] BaLu0.999Ga3S60:0.015Yb3+稀土光轉換熒光粉的制備
[0022]稱取碳酸鋇(BaCO3)0.5920g，硫化镥(Lu2S3)0.6592g，硫化鎵(Ga2S3)1.0604g，硫化鐿(Yb2S3)0.0099g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氦氣(10分鐘)，將石英管內的空氣排凈，在氮氣氣氛下于1100°C燒結1.5小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0023]實施例4
[0024]SrLa0.994Ga3S60:0.006Yb3+稀土光轉換熒光粉的制備
[0025]稱取碳酸鍶(SrCO3)0.4429g，硫化鑭(La2S3)0.5576g，硫化鎵(Ga2S3) 1.0604g，硫化鐿(Yb2S3)0.0040g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氮氣和氬氣的混合氣體(10分鐘)將石英管內的空氣排凈，在氮氣和氬氣氣氛下于900°C燒結3.5小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0026]實施例5
[0027](SrQ.6BaQ.4)La().99Ga3S60:0.010Yb3+稀土光轉換熒光粉的制備
[0028]稱取氧化鍶(SrO)0.1865g，草酸鋇(BaC2O4) 0.2704g，硫化鑭(La2S3 )0.5554g，硫化鎵(Ga2S3)l.0604g，硫化鐿(Yb2S3)0.0066g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勾后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氬氣(10分鐘)，將石英管內的空氣排凈，在氬氣氣氛下于9800C燒結2小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0029]實施例6
[0030]Sr(La0.65Y().3)Ga3S60:0.050Yb3+稀土光轉換熒光粉的制備
[0031]稱取碳酸鍶(SrCO3)0.4429g，硫化鑭(La2S3)0.3647g，硫化釔(Y2S3)0.1233g，硫化鎵(Ga2S3)l.0604g，硫化鐿(Yb2S3)0.0332g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勾后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氮氣(10分鐘)，將石英管內的空氣排凈，在氮氣氣氛下于1080°C燒結2小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0032]實施例7
[0033]SrYtx9Ga3S6O:0.1OOYb3+稀土光轉換熒光粉的制備
[0034]稱取氧化鍶(Sr0)0.3109g，硫化釔(Y2S3)0.3699g，硫化鎵(Ga2S3) 1.0604g，硫化鐿(Yb2S3)0.0663g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氦氣(10分鐘)，將石英管內的空氣排凈，在氦氣氣氛下于850°C燒結4小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
【主權項】
1.一種稀土光轉換焚光粉，其特征在于:該焚光粉的化學組成通式為AB1-XGa3S6O: xYb3+，其中A為Sr、Ba中的一種或兩種元素;B為La、Y、Lu中的一種或多種元素;X為摩爾數，且0.001<x<0.15o2.—種如權利要求1所述的稀土光轉換熒光粉的制備方法，其特征在于:以A的氧化物或A的相應鹽類為A元素的原料，以B的硫化物為B元素的原料，以Ga2S3為Ga元素的原料，以Yb2S3為Yb元素的原料，按照化學組成通式ABi—xGa3S60: xYb3+，稱取相應原料，研磨混合均勾后，在保護氣氛下，于800-1100°C燒結l_5h，冷卻至室溫后粉碎研磨，即制得稀土光轉換熒光粉。3.根據權利要求2所述的稀土光轉換熒光粉的制備方法，其特征在于:所述的保護氣氛為氮氣、氦氣、氬氣中的一種或多種的組合。4.根據權利要求2所述的稀土光轉換熒光粉的制備方法，其特征在于:所述的A的相應鹽類為碳酸鹽或草酸鹽。5.根據權利要求2所述的稀土光轉換熒光粉的制備方法，其特征在于:所述的B的硫化物為La2S3、Y2S3、LU2S3中的一種或多種的組合。
【專利摘要】本發明稀土光轉換熒光粉及其制備方法，屬于太陽能電池用光轉換材料領域，化學組成通式為AB1?xGa3S6O:xYb3+，A為Sr、Ba中的一種或兩種元素；B為La、Y、Lu中的一種或多種元素；x為摩爾數，且0.001≤x≤0.15；以A的氧化物或A的相應鹽類為A元素的原料，以B的硫化物為B元素的原料，以Ga2S3為Ga元素的原料，以Yb2S3為Yb元素的原料，按化學組成通式AB1?xGa3S6O:xYb3+，稱取原料，研磨混合均勻后，在保護氣氛下，于800?1100℃燒結1?5h，冷卻至室溫后粉碎研磨即可。本發明稀土光轉換熒光粉具有寬而強的電荷遷移帶吸收，可有效吸收250nm?500nm范圍的紫外?可見光，并轉化為與硅基太陽能電池匹配的λ≈1000nm的近紅外光，大大提高硅太陽能電池的光電轉換效率；且制備方法工藝簡單，工藝參數易于控制。
【IPC分類】C09K11/84
【公開號】CN105713611
【申請號】CN201610037317
【發明人】張功國, 司崇殿, 劉國棟, 王宇光
【申請人】濟寧學院