一種在紫外光激發下實現近紅外發光的材料及制備方法技術

本發明專利技術涉及一種在紫外光激發下實現近紅外發光的材料及制備方法，化學式為MY4-4xYb4xMo3O16，M為二價過渡金屬離子鎘Cd2+或鋅Zn2+，x為Yb3+摻雜的摩爾百分數，0.0001≤x≤0.8。本發明專利技術的材料性能穩定，以MY4Mo3O16為基質，通過基質在紫外-近紫外的寬帶吸收傳遞能量到激活離子Yb3+，實現其激發光譜在紫外和可見光區的寬帶吸收，可以被紫外-近紫外光有效激發，發射出950～1100納米的近紅外光，與硅基太陽能電池的吸收光譜相匹配，可以提高硅基太陽能電池光轉換效率，是理想的硅基太陽能電池用光轉換材料。制備工藝簡單易行，對設備的要求不高，制得的產品物相純，粒度分布均勻，且生產成本低，易于工業化生產，制備過程中不需要特殊的保護，且對環境友好，無污染。

【技術實現步驟摘要】
一種在紫外光激發下實現近紅外發光的材料及制備方法
本專利技術涉及一種發光材料的制備方法及其應用，特別涉及一種在紫外光激發下實現近紅外發光的材料及制備方法，屬于發光材料

技術介紹
自21世紀以來，能源短缺和環境污染愈來愈制約著未來社會的可持續發展，為此人類迫切需要開發和應用新能源，太陽能等可再生能源技術代表了清潔能源的發展方向，引起了世界各國的廣泛關注，并將成為未來基礎能源的重要組成部分。太陽能電池是一種利用光生伏特效應將太陽光能直接轉化為電能的器件，根據材料的不同，可以將電池分為：硅太陽能電池、納米晶太陽能電池、以無機鹽如砷化鎵、硫化鎘銅銦硒等多元化合物為材料的太陽能電池、有機太陽能電池、功能高分子材料制備的太陽能電池，其中發展技術最成熟，應用最廣泛的就是硅基太陽能電池。硅太陽能電池對入射光的有效響應頻譜范圍為400～1100納米，這與太陽光的光譜分布不完全匹配，使得占太陽光中很大部分的短波長的紫外光不能被充分的吸收利用，如何通過光譜調制使硅太陽能電池更加充分的吸收太陽光，從而提高硅基太陽能電池的光電轉換效率，是人們目前最為關注的問題之一。為了解決這個難題，人們在太陽能電池的上表面引入下轉換發光層，通過摻雜的稀土量子剪裁，吸收一個電池光譜響應較差的一個短波長光子，再發射出光譜響應較好的兩個或多個紅外光子，從而極大地消除光譜失配現象，提高電池發光譜響應性并減少載流子的熱能損耗，從而提高其光轉化效率。因此，開發新型的適用于太陽光譜轉換以及對環境友好、制作成本低的下轉換發光材料具有重要的研究意義。Yb3+離子的4f電子有13個，光譜躍遷只能在基態能級2F7/2和唯一激發態能級2F5/2之間進行，不存在激發態吸收和上轉換，因而有較高的光轉換效率。但是，單摻雜Yb3+離子很難吸收紫外光和可見光，因此通常以共摻三價稀土離子作敏化劑來改善其在紫外光之可見光區的吸收，以提高太陽能的利用率，目前這些共摻雜的離子主要集中在鋱離子Tb3+、銩離子Tm3+、鉺離子Er3+、鐠離子Pr3+、釹離子Nd3+等三價稀土離子。盡管這些共摻的離子在紫外至可見光區有吸收，但其吸收均卻大多為線狀的，吸收的強度小，達不到充分利用的效果，且現有的下轉化發光材料制備方法也較復雜，成本較高。
技術實現思路
針對上述現有技術存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種發光性能穩定、吸收強度高、能夠高效實現紫外光轉換發射近紅外光的硅基太陽能電池用下轉換發光材料，同時，本專利技術提供簡單易操作的此種光轉換材料的制備方法。為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：一種在紫外光激發下實現近紅外發光的材料，化學式為MY4-4xYb4xMo3O16，M為二價過渡金屬離子鎘Cd2+或鋅Zn2+，x為Yb3+摻雜的摩爾百分數，0.0001≤x≤0.8。如上所述的在紫外光激發下實現近紅外發光的材料的制備方法，采用高溫固相法，包括如下步驟：(1)按化學式MY4-4xYb4xMo3O16中各元素的化學計量比，其中0.0001≤x≤0.8，分別稱取含有離子M的化合物、含有釔離子Y3+的化合物、含有鐿離子Yb3+的化合物、含有鉬離子Mo6+的化合物，研磨并混合均勻，得到混合物，所述的離子M為二價過渡金屬離子鎘Cd2+或鋅Zn2+；(2)將步驟(1)得到的混合物在空氣氣氛中預煅燒，預煅燒溫度為400～900℃，預煅燒時間為1～15小時；(3)將得到的混合物自然冷卻，取出后研磨并混合均勻，在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為900～1200℃，煅燒時間為1～10小時，自然冷卻到室溫，取出后充分研磨得到在紫外光激發下實現近紅外發光的材料。優選的，本專利技術高溫固相法中步驟(2)的預煅燒溫度為450～850℃，預煅燒時間為2～14小時。優選的，本專利技術高溫固相法中步驟(3)的煅燒溫度為950～1150℃，煅燒時間為2～9小時。如上所述的在紫外光激發下實現近紅外發光的材料的制備方法，采用化學合成法，包括如下步驟：(1)以含有離子M的化合物、含有釔離子Y3+的化合物、含有鐿離子Yb3+的化合物、含有鉬離子Mo6+的化合物為原料，按化學式MY4-4xYb4xMo3O16中對應元素的化學計量比稱取，其中0.0001≤x≤0.8，將含有離子M的化合物、含有釔離子Y3+的化合物、含有鐿離子Yb3+的化合物分別溶解于稀硝酸溶液中，將含有鉬離子Mo6+的化合物溶解于去離子水或乙醇溶液中，得到各種透明溶液，再按各反應物質量的0.5～2.0wt％分別添加絡合劑，在50～80℃的溫度條件下攪拌溶解，所述的離子M為為二價過渡金屬離子鎘Cd2+或鋅Zn2+；(2)將步驟(1)得到的各種溶液緩慢混合，在50～80℃的溫度條件下攪拌1～2小時后，靜置，烘干，得到膨松的前驅體；(3)將步驟(2)得到的前驅體置于馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為700～1100℃，煅燒時間為2～10小時，自然冷卻到室溫，取出后充分研磨得到在紫外光激發下實現近紅外發光的材料。優選的，本專利技術化學溶液法中步驟(3)的煅燒溫度為750～1000℃，煅燒時間為3～9小時。本專利技術化學溶液法中，所述絡合劑為檸檬酸或草酸。優選的，本專利技術高溫固相法和化學溶液法中，含有離子M的化合物為M的氧化物、氯化物、硝酸鹽中的一種；含有釔離子Y3+的化合物為氧化釔、硝酸釔和碳酸釔中的一種；含有鐿離子Yb3+的化合物為氧化鐿、硝酸鐿和碳酸鐿中的一種；含有鉬離子Mo6+的化合物為氧化鉬或鉬酸銨。本專利技術技術方案的優點在于：(1)本專利技術提供的在紫外光激發下實現近紅外發光的材料，可以被紫外-近紫外光有效激發，發射出950～1100納米的近紅外光，與硅基太陽能電池的吸收光譜相匹配，可以提高硅基太陽能電池光轉換效率，是理想的硅基太陽能電池用光轉換材料。(2)本專利技術提供的材料有良好的化學和熱穩定性能，以MY4Mo3O16(M為Cd2+或Zn2+)為基質，摻雜激活離子Yb3+用來取代晶格之中的Y3+離子,通過基質在紫外-近紫外的寬帶吸收傳遞能量到激活離子Yb3+，實現其激發光譜在紫外和可見光區的寬帶吸收，從而將紫外光高效的轉換為近紅外光。(3)本專利技術提供的在紫外光激發下實現近紅外發光的材料，制備工藝簡單易行，對于設備的要求不高，制得的產品物相純，粒度分布均勻，且生產成本低廉，易于工業化生產，制備過程中不需要特殊的保護，且對環境友好、沒有污染。附圖說明圖1是本專利技術實施例1制備樣品CdY2Yb2Mo3O16的X射線粉末衍射圖譜；圖2是本專利技術實施例1制備樣品CdY2Yb2Mo3O16的掃描電子顯微鏡圖譜；圖3是本專利技術實施例1制備樣品CdY2Yb2Mo3O16在1000納米波長監測下的激發光譜圖；圖4是本專利技術實施例1制備樣品CdY2Yb2Mo3O16在360納米波長激發下的熒光光譜圖；圖5是本專利技術實施例1制備樣品CdY2Yb2Mo3O16在激發光波長為360納米，監測光波長為1000納米的發光衰減曲線；圖6是本專利技術實施例2制備樣品CdY3.6Yb0.4Mo3O16的X射線粉末衍射圖譜；圖7是本專利技術實施例2制備樣品CdY3.6Yb0.4Mo3O16的掃描電子顯微鏡圖譜；圖8是本專利技術實施例2制備樣品CdY3.6Yb0.4Mo3O16在1000納米波長監測下的激發光譜圖；圖9是本專利技術實施例2制備樣品CdY3.6Y本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在紫外光激發下實現近紅外發光的材料，其特征在于，化學式為MY4?4xYb4xMo3O16，M為二價過渡金屬離子鎘Cd2+或鋅Zn2+，x為Yb3+摻雜的摩爾百分數，0.0001≤x≤0.8。

【技術特征摘要】
1.一種在紫外光激發下實現近紅外發光的材料，其特征在于，化學式為MY4-4xYb4xMo3O16，M為二價過渡金屬離子鎘Cd2+或鋅Zn2+，x為Yb3+摻雜的計量系數，0.0001≤x≤0.8。2.一種如權利要求1所述的在紫外光激發下實現近紅外發光的材料的制備方法，采用高溫固相法，其特征在于，包括如下步驟：(1)按化學式MY4-4xYb4xMo3O16中各元素的化學計量比，其中0.0001≤x≤0.8，分別稱取含有離子M的化合物、含有釔離子Y3+的化合物、含有鐿離子Yb3+的化合物、含有鉬離子Mo6+的化合物，研磨并混合均勻，得到混合物，所述的離子M為二價過渡金屬離子鎘Cd2+或鋅Zn2+；(2)將步驟(1)得到的混合物在空氣氣氛中預煅燒，預煅燒溫度為400～900℃，預煅燒時間為1～15小時；(3)將得到的混合物自然冷卻，取出后研磨并混合均勻，在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為900～1200℃，煅燒時間為1～10小時，自然冷卻到室溫，取出后充分研磨得到在紫外光激發下實現近紅外發光的材料。3.根據權利要求2所述的在紫外光激發下實現近紅外發光的材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)的預煅燒溫度為450～850℃，預煅燒時間為2～14小時。4.根據權利要求2所述的在紫外光激發下實現近紅外發光的材料的制備方法，其特征在于：步驟(3)的煅燒溫度為950～1150℃，煅燒時間為2～9小時。5.一種如權利要求1所述的在紫外光激發下實現近紅外發光的材料的制備方法，采用化學合成法，其特征在于，包括如下步驟：(1)以含有離子M的化合物、含有釔離子...

【專利技術屬性】
技術研發人員：喬學斌，
申請(專利權)人：江蘇師范大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32