上转换发光材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种上转换发光材料。
【背景技术】
[0002]在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能作为一种可再生能源，是真正意义上的环保洁净能源，对环境很友好实现了温室气体的零排放。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。虽然太阳能电池的优点有很多，如:充电较快速，寿命长5倍以上，充电温度范围较广等。但是太阳能电池的光电转换效率低，1883年第一块太阳电池由Charles Fritts制备成功，只有1%的效率，目前单晶娃太阳能的光电材料转换效率最高的也才24%。对于一个太阳能电池来说，造成其转换效率低的原因主要是太阳能电池主要利用波长为400nm-790nm的光，即利用可见光，大约占到了 85%，对于红外光而言，转换效率很低。所以人们一直都在研宄怎么才能提高太阳能电池的利用效率。通过研宄发现，可以通过掺杂稀土离子，利用上转换把红外光转化为可见光，从而增加太阳能电池的利用效率。
[0003]VO2作为一种很好的上转换基质材料，二氧化钒所具有的特性让其在光器件、电子装置和光电设备中具有广泛的应用潜力。掺杂Er3+/Yb3离子的VO2，在980nm的近红外激光下，VO2能够发出很强的绿光，其波长在515nm?560nm，位于太阳能电池吸收波段，上转换技术将红外光转换为可见光，从而提高太阳能电池的转换效率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要解决现有太阳能电池不能利用红外光，导致太阳能电池的转换率低的问题，而提供一种Er3+和Yb 3+双掺的VO 2上转换发光材料。
[0005]一种Er3+和Yb 3+双掺的VO 2上转换发光材料是按以下步骤制备的:
[0006]一、将Er2O3和Yb 203加入到质量分数为65 %?68 %的硝酸中，再在功率为500W?100ff的万用电炉上加热1min?20min，再加入蒸馏水，得到混合溶液A ；
[0007]步骤一中所述的Er2O3与Yb 203的物质的量比为2: (4?10)；
[0008]步骤一中所述的Er2O3的物质的量与质量分数为65%?68%的硝酸的体积比为2mol: (2mL ?10mT,)；
[0009]步骤一中所述的质量分数为65%?68%的硝酸与蒸馏水的体积比为(2?10):5 ；
[0010]二、将V2O5和草酸溶解到混合溶液A中，再加入蒸馏水，再在搅拌速度为400r/min?600r/min下搅拌2h?4h，得到蓝黑色混合溶液B ；
[0011]步骤二中所述的V2O5与草酸的摩尔比为1: (2?6)；
[0012]步骤二中所述的V2O5的物质的量与混合溶液A的体积比为Imol: (5mL?8mL)；
[0013]步骤二中所述的蒸馏水的体积与混合溶液A的体积比为15: (5?8)；
[0014]三、将混合溶液B加入到反应釜中，再在温度为160°C?200°C下反应12h?48h，得到反应物；使用蒸馏水和酒精分别对反应物清洗3次?5次，再在温度为60°C?80°C下干燥12h?16h，得到干燥后的反应物；
[0015]四、将干燥后的反应物加入到管式炉中，再在氮气气氛和烧结温度350°C?400°C烧结Ih?2h，再随炉冷却至室温，得到Er3+和Yb 3+双掺的VO2上转换发光材料。
[0016]本发明的原理:
[0017]太阳光由约50%的可见光区(400?760nm)和约43%的红外光区(>760nm)，紫外区很少，只占约7%。目前太阳能电池转化效率低的原因是它主要吸收可见光，能占到85%，利用红外光的效率很低。通过掺杂稀土离子，在980nm激光的激发下，通过上转换能够将红外光转换为可见光，从而提高太阳能电池的转换效率；Er3+掺杂能够实现上转换绿光的发射，Er3+离子由于其丰富的能级和较高的猝灭浓度而成为现在最受研宄人员追捧的稀土离子；Yb3+离子由于其简单的能级结构在980nm波长附近有宽的吸收波段和大的吸收截面，且Yb3+离子的发射与Er3+离子的吸收在光谱上存在着很大程度的重叠，使得Yb3+离子到Er3+离子间有较高的能量传递效率，从而大大提高Er 3+离子对980nm激发光的吸收而增强Er3+离子绿光的上转换荧光发射。
[0018]本发明的优点:
[0019]—、本发明利用水热法制备Er3+和Yb 3+双掺的VO 2纳米材料的实验原料低廉且易得，实验条件很温和，实验步骤较少；
[0020]二、本发明制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2纳米材料在980nm激光的激发下，能够将红外光转化为单色可见绿光，且强度很强；
[0021]三、本发明制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2纳米材料在980nm激光的激发下，能够将红外光转换为可见光，提高太阳能电池的转换效率；
[0022]四、本发明制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2上转换发光材料在530nm和550nm处都有光发射；530nm和550nm处的光发射为可见区的绿光发射，对应于Er3+离子的2H11/2/4S3/2— 4115/2能级跃迀；
[0023]五、本发明制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2上转换发光材料为纳米片，且片的厚度为20nm?50nm，是一种纳米材料。
【附图说明】
[0024]图1为实施例一制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2上转换发光材料的XRD谱图；
[0025]图2为上转换发光谱图，图2中I为实施例一制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2上转换发光材料的的发光曲线，2为实施二制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO2I转换发光材料的的发光曲线，3为实施例三制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2上转换发光材料的的发光曲线；
[0026]图3为实施三制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2放大60000倍的SEM图；
[0027]图4为实施三制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2放大100000倍的SEM图。
【具体实施方式】
[0028]【具体实施方式】一:本实施方式是一种Er3+和Yb 3+双掺的VO 2上转换发光材料是按以下步骤制备的:
[0029]一种Er3+和Yb 3+双掺的VO 2上转换发光材料是按以下步骤制备的:
[0030]一、将Er2O3和Yb 203加入到质量分数为65 %?68 %的硝酸中，再在功率为500W?100ff的万用电炉上加热1min?20min，再加入蒸馏水，得到混合溶液A ；
[0031]步骤一中所述的Er2O3与Yb 203的物质的量比为2: (4?10)；
[0032]步骤一中所述的Er2O3的物质的量与质量分数为65%?68%的硝酸的体积比为2mol: (2mL ?10mT,)；
[0033]步骤一中所述的质量分数为65%?68%的硝酸与蒸馏水的体积比为(2?10):5 ；
[0034]二、将V2O5和草酸溶解到混合溶液A中，再加入蒸馏水，再在搅拌速度为400r/min?600r/min下搅拌2h?4h，得到蓝黑色混合溶液B ；
[0035]步骤二中所述的V2O5与草酸的摩尔比为1: (2?6)；
[0036]步骤二中所述的V2O5的物质的量与混合溶液A的体积比为Imol: (5mL?8mL)；
[0037]步骤二中所述的蒸馏水的体积与混合溶液A的体积比为15: (5?8)；
[0038]三、将混合溶液B加入到反应釜中，再在温度为160°C?200°C下反应12h?48h，得到反应物；使用蒸馏水和酒精分别对反应物清洗3次?5次，再在温度为60°C?80°C下干燥12h?16h，得到干燥后的反应物；
[0039]四、将干燥后的反应物加入到管式炉中，再在氮气气氛和烧结温度350°C?400°C烧结Ih?2h，再随炉冷却至室温，得到Er3+和Yb 3+双掺的VO2上转换发光材料。
[0040]本实施方式制备的Er3+和Yb3+双掺的VO2上转换发光材料在980nm激光的激发下，能够将红外光转化为单色可见绿光，在980nm激光的激发下，能够将红外光转换为可见光；
[0041]本实施方式制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2上转换发光材料的波长范围为520nm?540nmo
[0042]本实施方式步骤一中的目的是将Er2O3和Yb 203溶解到硝酸中，从而得到Er 3+和Yb3+;
[0043]本实施方式步骤二中的目的是将草酸作为还原剂，将V5+还原为V 4+，得到前驱体VOC2O4;
[0044]本实施方式步骤三中的目的是利用水热法合成目标产物；
[0045]本实施方式步骤四中的目的是利用烧结去掉样品中残余的水分，使上转换发光强度增强。
[0046]本实施方式的优点:
[0047]—、本实施方式利用水热法制备Er3+和Yb 3+双掺的VO 2纳米材料的实验原料低廉且易得，实验条件很温和，实验步骤较少；
[0048]二、本实施方式制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2纳米材料在980nm激光的激发下，能够将红外光转化为单色可见绿光，且强度很强；
[0049]三、本实施方式制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2纳米材料在980nm激光的激发下，能够将红外光转换为可见光，提高太阳能电池的转换效率；
[0050]四、本实施方式制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2上转换发光材料在530nm和550nm处都有光发射；530nm和550nm处的光发射为可见区的绿光发射，对应于Er3+离子的2H11/2/4S3/2— 4115/2能级跃迀；
[0051]五、本实施方式制备的Er3+和Yb 3+双掺的VO 2上转换发光材料为纳米片，且片的厚度为20nm?50nm，是一种纳米材料。
[0052]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同点是:步骤一中所述的Er2O3与Yb2O3的物质的量比为2: (4?7)。其他步骤与【具体实施方式】一相同。
[0053]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同点是:步骤一中所述的Er2O3与Yb 203的物质的量比为2: (7?10)。其他步骤与【具体实施方式】一或二相同。
[0054]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同点是:步骤一中所述的Er2O3的物质的量与质量分数为65%?68%的硝酸的体积比为2mol: (2mL?6mL)。其他步骤与【具体实施方式】一至三相同。
[0055]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同点是:步骤一中所述的Er2O3的物质的量与质量分数为65%?68%的硝酸的体积比为2mol: (6mL?1mL)。其他步骤与【具体实施方式】一至四相同。
[0056]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同点是:步骤二中所述的V2O5与草酸的摩尔比为1: (2?4)。其他步骤与【具体实施方式】一至五相同。
[0057]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同点是:步骤二中所述的V2O5与草酸的摩尔比为1: (4?6)。其他步骤与【具体实施方式】一至六相同。
[0058]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同点是:步骤二中所述的V2O5的物质的量与混合溶液A的体积比为Imol:5mL。其他步骤与【具体实施方式】一至七相同。
[0059]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同点是:步骤四中将干燥后的反应物加入到管式炉中，再在氮气气氛和烧结温度350°C烧结2h，再随炉冷却至室温，得到E