一種稀土光轉換熒光粉、稀土光轉換熒光粉的制備方法、硅基太陽能電池、太陽能發電系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種稀土光轉換熒光粉，該熒光粉的化學組成通式為(A1?xYbx)Ga2S4，其中，A為Ca、Sr、Ba中的一種或多種元素；x為摩爾數，且0.001≤x≤0.10。本發明還公開一種稀土光轉換熒光粉的制備方法，包括如下步驟步驟101，以A的硫化物為A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(A1?xYbx)Ga2S4，稱取相應原料；步驟201，研磨混合均勻后，在保護氣氛下，于800~1000℃燒結1~4小時；步驟301，冷卻至室溫后粉碎研磨，即制得樣品。本發明的稀土光轉換材料具有位于975 nm的較強的近紅外發射，該發射恰與單晶硅的禁帶寬度匹配，可有效提高硅太陽能電池的光電轉換效率，是潛在的應用于硅基太陽能電池的光轉換材料。
【專利說明】
一種稀土光轉換熒光粉、稀土光轉換熒光粉的制備方法、硅基太陽能電池、太陽能發電系統
技術領域
[0001]本發明涉及熒光粉技術領域，尤其涉及一種適用于硅基太陽能電池的稀土光轉換焚光粉，以及其制備方法。
【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 = 1.12 eV, λ ^ 1000 nm)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。通過稀土光轉換材料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?1000 nm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材料主要利用的是Yb3+離子位于近1000 nm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，該問題亟待解決。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服上述現有技術之不足而提供一種適用于硅基太陽能電池的稀土光轉換熒光粉及其制備方法，本發明的稀土光轉換熒光粉，應用其寬而強的電荷迀移帶吸收光波，可有效將250 nm?450 nm范圍的紫外-可見光轉化為與硅基太陽能電池匹配的近1000 nm的近紅外光，是一種潛在的提高硅基太陽能電池效率的光轉換材料。
[0006]為實現上述目的，本發明提供一種適用于硅基太陽能電池的稀土光轉換熒光粉，該熒光粉的化學組成通式為(A1-xYbx)Ga2S4，其中，A為Ca、Sr、Ba中的一種或多種元素;X為摩爾數，且0.001彡X彡0.1O0
[0007]本發明還一種稀土光轉換熒光粉的制備方法，包括如下步驟:
步驟101，以A的硫化物為A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(AhYbx)Ga2S4，稱取相應原料；
步驟201，研磨混合均勻后，在保護氣氛下，于800?1000 °C燒結I?4小時；
步驟301，冷卻至室溫后粉碎研磨，即制得樣品。
[0008]優選的，步驟201中所述的保護氣氛為氮氣、氦氣、氬氣中的一種或多種。
[0009]優選的，步驟101中所述的A的硫化物為CaS、SrS、BaS中的一種或多種。
[0010]本發明還一種硅基太陽能電池，其采用如權利要求1所述的稀土光轉換熒光粉。
[0011]本發明還一種太陽能發電系統，其采用如權利要求5所述的硅基太陽能電池。
[0012]優選的，所述娃基太陽能電池與一蓄電池電連接，所述娃基太陽能電池還通過逆變器與交流電用電設備電連接，所述蓄電池還直流電用電設備電連接。
[0013]本發明的稀土光轉換熒光粉可有效吸收250nm - 450 nm的紫外-可見光，并發射出位于近1000 nm的較強的近紅外光，是一種適用于硅太陽能電池的新型稀土光轉換材料。
[0014]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:
1、本發明的稀土光轉換材料具有寬而強的電荷迀移帶吸收，可有效吸收250 nm - 450nm范圍的紫外-可見光。
[0015]2、本發明的稀土光轉換材料具有位于975 nm的較強的近紅外發射，該發射恰與單晶硅的禁帶寬度匹配，可有效提高硅太陽能電池的光電轉換效率，是潛在的應用于硅基太陽能電池的光轉換材料。
[0016]3、本發明的稀土光轉換熒光粉穩定性好，可靠性高，使用方便，
【附圖說明】
圖1為本發明一實施例中(CaQ.99YbQ.(n)Ga2S4稀土光轉換材料的近紅外激發和發射光
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[0017]本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
【具體實施方式】
[0018]實施例1-1:本發明提供一種適用于硅基太陽能電池的稀土光轉換熒光粉，該熒光粉的化學組成通式為(A1IYbx)Ga2S^其中，A為Ca、Sr、Ba中的一種或多種元素;X為摩爾數，且0.001 彡 X 彡 0.1O0
[0019]實施例1-2:本發明還一種稀土光轉換熒光粉的制備方法，包括如下步驟:步驟101，以A的硫化物為A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(A^Ybx)Ga2S4,稱取相應原料;步驟201，研磨混合均勻后，在保護氣氛下，于800?1000 °C燒結I?4小時;步驟301，冷卻至室溫后粉碎研磨，即制得樣品。
[0020]稱量的時候可采用電子天平或者分析天平。研磨時可采用研磨機或者采用研缽手工研磨。在使用保護氣氛時，在反應釜中進行燒結操作，保護氣氛的氣體分壓保持恒定。粉碎操作可使用粉碎機進行。粉碎后的樣品還可以過篩，使粉碎后的樣品達到一定的目數。
[0021]實施例1-3:步驟201中所述的保護氣氛為氮氣、氦氣、氬氣中的一種或多種。
[0022 ] 實施例1 -4:步驟1I中所述的A的硫化物為CaS、SrS、BaS中的一種或多種。
[0023]實施例2: (CatX999YbtL(X)1)Ga2S4稀土光轉換材料的制備方法
稱取硫化鈣[CaS] 0.7207 g，硫化鎵[Ga2S3] 2.3564 g，硫化鐿[Yb2S3] 0.0022 g，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(約10分鐘)將石英管內的空氣排凈，在氮氣氣氛下于800 0C燒結3小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0024]實施例3: (Sm999YbtL(X)1)Ga2S4稀土光轉換材料的制備方法
稱取硫化鍶[SrS] 1.1957 g，硫化鎵[Ga2S3] 2.3564 g，硫化鐿[Yb2S3] 0.0022 g，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(約10分鐘)將石英管內的空氣排凈，在氬氣氣氛下于900 °C燒結2.5小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0025]實施例4: (Catx99YbtLQ1)Ga2S4稀土光轉換材料的制備方法
稱取硫化鈣[CaS] 0.7142 g，硫化鎵[Ga2S3] 2.3564 g，硫化鐿[Yb2S3] 0.0221 g，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(約10分鐘)將石英管內的空氣排凈，在氮/氬混合氣氛下于950 °C燒結2小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0026]實施例5: (CatooSr0.mYb0.0OGaA稀土光轉換材料的制備方法
稱取硫化鈣[CaS] 0.5050 8，硫化鍶[3巧]0.3471 g，硫化鎵[Ga2S3] 2.3564 g，硫化鐿[Yb2S3] 0.0221 g，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(約10分鐘)將石英管內的空氣排凈，在氦氣氣氛下于800 °C燒結4小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0027]實施例6: (Ca0.MBaojYb0.KOGaA稀土光轉換材料的制備方法
稱取硫化鈣[CaS] 0.3607 g，硫化鋇[BaS] 0.6776 g，硫化鎵[Ga2S3] 2.3564 g，硫化鐿[Yb2S3] 0.2211 g，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(約10分鐘)將石英管內的空氣排凈，在氬氣氣氛下于1000 °C燒結I小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0028]實施例7: (BaQ.95YbQ.Q5)Ga2S4稀土光轉換材料的制備方法
稱取硫化鋇[BaS] 1.6092 g，硫化鎵[Ga2S3] 2.3564 g，硫化鐿[Yb2S3] 0.1106 g，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(約10分鐘)將石英管內的空氣排凈，在氮氣氣氛下于900 V燒結3小時，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0029]實施例8:—種硅基太陽能電池
該娃基太陽能電池采用如實施例2至7任一項制備方法所制備的稀土光轉換材料。該娃基太陽能電池轉換效率較高。
[0030]實施例9:一種太陽能發電系統
本發明還一種太陽能發電系統，其采用如實施例8所述的硅基太陽能電池。
[0031 ]實施例9-1:
對實施例9進一步限定，所述娃基太陽能電池與一蓄電池電連接，所述娃基太陽能電池還通過逆變器與交流電用電設備電連接，所述蓄電池還直流電用電設備電連接。
[0032]綜上所述，本發明公開了一種稀土光轉換熒光粉及其制備方法。該熒光粉的基本化學組成通式為:(A1-xYbx)Ga2S4，其中A為Ca、Sr、Ba中的一種或多種元素；X為摩爾數，且
0.001 ^ X ^ 0.10，并公開了該熒光粉的制備方法。本發明公開的稀土光轉換材料在250nm?450 nm范圍內具有較強的吸收，其近紅外發射主峰位于975 nm，具有紫外-可見光區寬帶激發和較強近紅外發射等優點，可作為潛在應用于硅基太陽能電池的光轉換材料。
[0033]盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【主權項】
1.一種稀土光轉換熒光粉，其特征在于: 該熒光粉的化學組成通式為(A1IYbx)Ga2S4,其中，A為Ca、Sr、Ba中的一種或多種元素;X為摩爾數，且0.0Ol ^ X ^ 0.1O02.—種稀土光轉換熒光粉的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟101，以A的硫化物為A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(AhYbx)Ga2S4，稱取相應原料； 步驟201，研磨混合均勻后，在保護氣氛下，于800?1000 °C燒結I?4小時； 步驟301，冷卻至室溫后粉碎研磨，即制得樣品。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，步驟201中所述的保護氣氛為氮氣、氦氣、氬氣中的一種或多種。4.根據權利要求2或3所述的稀土光轉換熒光粉的制備方法，其特征在于，步驟101中所述的A的硫化物為CaS、SrS、BaS中的一種或多種。5.—種硅基太陽能電池，其特征在于，其采用如權利要求1所述的稀土光轉換熒光粉。6.—種太陽能發電系統，其特征在于，其采用如權利要求5所述的硅基太陽能電池。
【文檔編號】C09K11/84GK105885842SQ201610309953
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】張功國, 吳瑞立, 司崇殿, 劉國棟, 王宇光
【申請人】濟寧賽德麗新材料有限公司