一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料及其制備方法和應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料及其制備方法和應(yīng)用，該材料的化學(xué)式為La7-7xYb7xMo7O30，其中：x為Yb3+摻雜的摩爾百分?jǐn)?shù)，0.0001≤x≤0.4，且在250納米～400納米的紫外光有效激發(fā)下，可以發(fā)射900納米～1100納米的近紅外光；能通過高溫固相法、溶膠-凝膠法、共沉淀法制得，具有紫外至可見光區(qū)的寬譜帶激發(fā)、強(qiáng)近紅外發(fā)射等優(yōu)點(diǎn)，可以有效解決太陽光與太陽能電池之間的光譜失配問題，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率和性能穩(wěn)定性，不僅可以作為硅基太陽能電池用光轉(zhuǎn)換材料，還可用于食品、醫(yī)藥、石油化工等諸多行業(yè)產(chǎn)品的分析測定領(lǐng)域。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料及其制備方法和應(yīng)用
本專利技術(shù)涉及一種發(fā)光材料，尤其涉及一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于發(fā)光物理學(xué)中的發(fā)光材料領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，縱觀人類社會發(fā)展的歷史，能源的改進(jìn)和更替促進(jìn)了人類文明的重大進(jìn)步，極大地推進(jìn)了世界經(jīng)濟(jì)和人類社會的發(fā)展，而能源短缺愈來愈制約著未來社會的可持續(xù)發(fā)展，環(huán)境污染產(chǎn)生了負(fù)面的影響。因此各國政府對能源問題和環(huán)境問題日益重視，發(fā)展可再生能源技術(shù)刻不容緩。在各種可再生能源（風(fēng)能、水能、太陽能等）中，太陽能是一種取之不盡用之不竭的能源，提供給地球的能量大約相當(dāng)于人類目前每年消耗能量的一萬倍，具有充分的清潔性、絕對的安全性、資源的相對廣泛性和充足性，以及免維護(hù)性等優(yōu)點(diǎn)。光伏能源被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的新能源，太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)是完全可持續(xù)發(fā)展的，已經(jīng)逐漸進(jìn)入人類能源結(jié)構(gòu)，備受各國青睞，將成為未來基礎(chǔ)能源的重要組成部分。目前，進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域的太陽能電池主要是以硅基電池為主，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時，光電二極管將太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流，其光電轉(zhuǎn)換效率理論最大值僅為29%（Shockley-Queisser極限效率），實(shí)際轉(zhuǎn)換效率約15%，且生產(chǎn)工藝較復(fù)雜、生產(chǎn)成本高。硅太陽能電池對入射光的有效響應(yīng)頻譜范圍為400～1100納米，僅能量大于硅太陽能電池能隙（Eg>1.12eV，λ<1100納米）的太陽光才能被吸收（載流子熱能化也將降低硅太陽能電池的效率），而能量小于硅太陽能電池能隙的太陽光（λ>1100納米）則不能被吸收利用，這種光譜失配現(xiàn)象導(dǎo)致太陽光能量的極大損失，因此開發(fā)可以調(diào)整太陽能光譜的發(fā)光材料，使硅太陽能電池更合理地利用太陽光，提高晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是一個重要問題。采用下轉(zhuǎn)換材料，吸收電池光譜響應(yīng)較差的一個短波長光子（300～500納米），再發(fā)射出光譜響應(yīng)性好的兩個或多個紅外光子（～1000納米），這一過程將太陽光中的短波長的光通過量子剪裁變?yōu)殚L波長的光，減少了載流子熱能化損耗，消除光譜失配現(xiàn)象，提高太陽光的利用率。因此，可以開發(fā)新型下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料用于提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。由于Yb3+離子的紅外發(fā)射位于1000納米處，與單晶硅的禁帶寬度非常匹配，因此常被用作下轉(zhuǎn)換材料的摻雜離子來提高太陽能的利用率。公開號為CN102618285A專利披露了Yb3+離子摻雜的下轉(zhuǎn)換近紅外發(fā)光材料，化學(xué)組成為La1-x-yNdxYbyOX(X＝F，Cl，Br)，其中0.001≤x≤0.35，0≤y≤0.35，可以使電池最大程度地利用太陽光，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。而本專利技術(shù)制備得到的Yb3+摻雜鉬酸鹽La7-7xYb7xMo7O30（0.0001≤x≤0.4）發(fā)光材料，研究表明其也可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光，用于提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率，用作硅基太陽能電池光轉(zhuǎn)換材料，目前為止該材料的制備方法及應(yīng)用均未見報道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對上述現(xiàn)存的技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料及其制備方法和應(yīng)用。可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的硅基太陽能電池用光轉(zhuǎn)換材料，該制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料，化學(xué)式為La7-7xYb7xMo7O30，其中：x為Yb3+摻雜的摩爾百分?jǐn)?shù)，0.0001≤x≤0.4；并且，在250納米～400納米的紫外光有效激發(fā)下，可以發(fā)射900納米～1100納米的近紅外光。本專利技術(shù)同時提供了一種上述可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料的制備方法，即采用高溫固相法，包括如下具體步驟：（1）按化學(xué)式La7-7xYb7xMo7O30中各元素的化學(xué)計量比，其中0.0001≤x≤0.4，分別稱取含有鑭離子La3+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；（2）將步驟（1）所得物在空氣氣氛下預(yù)煅燒1～2次，煅燒溫度為200～600℃，煅燒時間為2～15小時；（3）將步驟（2）所得物自然冷卻，研磨并混合均勻后，在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為600～950℃，煅燒時間為2～15小時；（4）將步驟（3）所得物自然冷卻到室溫，最終得到可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料。進(jìn)一步，所述的含有鑭離子La3+的化合物為氧化鑭、氫氧化鑭、碳酸鑭、硝酸鑭中的一種；所述含有鐿離子Yb3+的化合物為含有鐿離子Yb3+的化合物為氧化鐿、硝酸鐿中的一種；所述的含有鉬離子Mo6+的化合物為氧化鉬和鉬酸銨中的一種。優(yōu)選的，步驟（2）的預(yù)煅燒溫度為300～600℃，煅燒時間為3～12小時；步驟（3）的煅燒溫度為600～900℃，煅燒時間為3～13小時。本專利技術(shù)又提供了一種上述可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料的制備方法，即采用溶膠-凝膠法，包括如下具體步驟：（A）按化學(xué)式La7-7xYb7xMo7O30中各元素的化學(xué)計量比，其中0.0001≤x≤0.4，分別稱取含有鑭離子La3+的化合物、含有鐿離子Yb3+的化合物、含有鉬離子Mo6+的化合物，并分別溶解于去離子水或稀硝酸溶液中，得到透明溶液；再按各原料金屬陽離子摩爾量的0.5～2.0倍分別添加絡(luò)合劑檸檬酸或草酸，并分別在50～100℃的溫度條件下攪拌，得到各原料的混合液；（B）將步驟（A）得到的各原料的混合液緩慢混合，繼續(xù)攪拌1～2小時后，靜置，烘干，得到蓬松的前驅(qū)體；（C）將步驟（B）得到的前軀體粉末置于坩堝中，在馬弗爐中，空氣氣氛下煅燒2～3次，煅燒溫度為200～800℃，煅燒時間2～15小時，自然冷卻到室溫，最終得到可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料。進(jìn)一步，所述的含有鑭離子La3+的化合物為氧化鑭、氫氧化鑭、碳酸鑭、硝酸鑭中的一種；所述含有鐿離子Yb3+的化合物為含有鐿離子Yb3+的化合物為氧化鐿、硝酸鐿中的一種；所述的含有鉬離子Mo6+的化合物為氧化鉬和鉬酸銨中的一種。優(yōu)選的，步驟（C）的煅燒溫度為300～750℃，煅燒時間為3～12小時。本專利技術(shù)再提供了一種上述可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料的制備方法，即采用共沉淀法，包括如下具體步驟：（Ⅰ）按照化學(xué)式La7-7xYb7xMo7O30中各元素的化學(xué)計量比，其中0.0001≤x≤0.4，分別稱取含有鑭離子La3+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，并分別溶解于去離子水或稀硝酸中，得到各原料的混合液；（Ⅱ）將步驟（Ⅰ）所得的各原料的混合液水浴鍋加熱至50～80℃恒溫攪拌，然后將各種原料的溶液混合在一起，在攪拌條件下緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)PH值在6～9之間，靜置得到沉淀物；（Ⅲ）將步驟（Ⅱ）得到的沉淀物洗滌數(shù)次，過濾分離后置于瓷坩堝中，在溫度為50～100℃的條件下進(jìn)行烘干；（Ⅳ）將步驟（Ⅲ）所得物在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為200～800℃，煅燒時間為2～15小時，重復(fù)本步驟兩到三次，自然冷卻后，研磨并混合均勻，最終得到可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料。進(jìn)一步，所述的含有鑭離子La3+的化合物為氧化鑭、氫氧化鑭、碳酸鑭、硝酸鑭中的一種；所述含有鐿離子Yb3+的化合物為氧化鐿、硝酸鐿中的一種；所述的含有鉬離子M本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料，其特征在于，化學(xué)式為La7?7xYb7xMo7O30，其中：x為Yb3+摻雜的摩爾百分?jǐn)?shù)，0.0001≤x≤0.4；并且，在250納米～400納米的紫外光有效激發(fā)下，可以發(fā)射900納米～1100納米的近紅外光。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料，其特征在于，化學(xué)式為La7-7xYb7xMo7O30，其中：x為Yb3+摻雜的計量系數(shù)，0.0001≤x≤0.4；并且，在250納米～400納米的紫外光有效激發(fā)下，可以發(fā)射900納米～1100納米的近紅外光。2.一種如權(quán)利要求1所述的一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料的制備方法，其特征在于，采用高溫固相法，包括如下具體步驟：（1）按化學(xué)式La7-7xYb7xMo7O30中各元素的化學(xué)計量比，其中0.0001≤x≤0.4，分別稱取含有鑭離子La3+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；（2）將步驟（1）所得物在空氣氣氛下預(yù)煅燒1～2次，煅燒溫度為200～600℃，煅燒時間為2～15小時；（3）將步驟（2）所得物自然冷卻，研磨并混合均勻后，在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為600～950℃，煅燒時間為2～15小時；（4）將步驟（3）所得物自然冷卻到室溫，最終得到可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料的制備方法，其特征在于，所述的含有鑭離子La3+的化合物為氧化鑭、氫氧化鑭、碳酸鑭、硝酸鑭中的一種；所述含有鐿離子Yb3+的化合物為氧化鐿、硝酸鐿中的一種；所述的含有鉬離子Mo6+的化合物為氧化鉬和鉬酸銨中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料的制備方法，其特征在于，步驟（2）的預(yù)煅燒溫度為300～600℃，煅燒時間為3～12小時；步驟（3）的煅燒溫度為600～900℃，煅燒時間為3～13小時。5.一種如權(quán)利要求1所述的一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料的制備方法，其特征在于，采用溶膠-凝膠法，包括如下具體步驟：（A）按化學(xué)式La7-7xYb7xMo7O30中各元素的化學(xué)計量比，其中0.0001≤x≤0.4，分別稱取含有鑭離子La3+的化合物、含有鐿離子Yb3+的化合物、含有鉬離子Mo6+的化合物，并分別溶解于去離子水或稀硝酸溶液中，得到透明溶液；再按各原料金屬陽離子摩爾量的0.5～2.0倍分別添加絡(luò)合劑檸檬酸或草酸，并分別在50～100℃的溫度條件下攪拌，得到各原料的混合液；（B）將步驟（A）得到的各原料的混合液緩慢混合，繼續(xù)攪拌1～2小時后，靜置，烘干，得到蓬松的前驅(qū)體；（C...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：喬學(xué)斌，
申請(專利權(quán))人：江蘇師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32