一种近红外量子剪裁纳米材料的制备方法与流程

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种近红外量子剪裁纳米材料的制备方法。

背景技术：

量子剪裁是材料吸收一个高能光子，发射两个或更多的低能光子的发光现象。通过量子剪裁可对太阳光谱进行调制，将一个可见光子转换成两个近红外光子（~1000nm），降低硅太阳能电池的热损耗，提高太阳能电池光电转换效率（理论上可将光电转换效率从18%提高到38.6%）。cafcl由于声子能量低，无辐射弛豫几率小，能量传递效率高，非常适合作为量子剪裁的基质材料。但cafcl易吸湿，合成也比氟化物复杂，因此至今未有稀土掺杂cafcl的量子剪裁材料的报道。本发明采用溶胶凝胶法首次合成了cafcl:tb³⁺,yb³⁺纳米颗粒，利用稀土离子对tb³⁺-yb³⁺的量子剪裁效应可有效提高太阳能电池能量转化效率。此外，为了解决cafcl纳米颗粒存在的易吸湿问题，我们进一步采用stober法在cafcl纳米颗粒表面包覆sio2壳层，制成cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2纳米核壳结构。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种近红外量子剪裁纳米材料cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种近红外量子剪裁纳米材料cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）cafcl:tb³⁺,yb³⁺纳米颗粒的制备：称量tb4o7，加入浓硝酸和去离子水溶解蒸干后，加入yb2o3、乙酸和水，加热完全溶解蒸干；然后加入乙酸钙、乙醇、异丙醇、水、三氟乙酸和三氯乙酸，磁力搅拌形成溶胶，水浴加热至凝胶，氩气气氛下600℃烧结1h，研磨后在空气气氛下600℃烧结1h，得到cafcl:tb³⁺,yb³⁺纳米颗粒；

（2）cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2纳米材料的制备：将cafcl:tb³⁺,yb³⁺纳米颗粒倒入乙醇和异丙醇混合溶液中，超声振荡后，磁力搅拌下加入正硅酸乙酯，继续搅拌一段时间后，逐滴加入25wt%的氨水，反应一段时间，得深灰色沉淀；再经离心分离，烘干，研磨，制得所述近红外量子剪裁纳米材料，记为cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2纳米材料。

进一步的，步骤（1）中所述磁力搅拌的工艺参数为：磁力搅拌温度为70℃，磁力搅拌时间为3h。

进一步的，步骤（1）中所述水浴加热的温度为70℃。

进一步的，步骤（2）中，超声振荡时间为30min。

进一步的，步骤（2）中，磁力搅拌下加入正硅酸乙酯，继续搅拌40min后，逐滴加入氨水，反应10min，得深灰色沉淀；所述磁力搅拌的温度为50℃。

进一步的，步骤（2）中所述烘干的工艺参数为：烘干温度为110℃，烘干时间为5h。

进一步的，一种近红外量子剪裁纳米材料cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）cafcl:tb³⁺,yb³⁺纳米颗粒的制备：称量0.935gtb4o7，加入1.5ml浓硝酸和0.5ml去离子水溶解蒸干后，加入1.576gyb2o3、10ml乙酸和10ml水，加热完全溶解蒸干；然后加入1.233g乙酸钙、10ml乙醇、8ml异丙醇、5ml水、0.484ml三氟乙酸和2.614g三氯乙酸，70℃磁力搅拌器中搅拌3h形成溶胶，70℃水浴中加热至凝胶，氩气气氛下600℃烧结1h，研磨后在空气气氛下600℃烧结1h，得到cafcl:tb³⁺,yb³⁺纳米颗粒；

（2）cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2纳米材料的制备：将0.45gcafcl:tb³⁺,yb³⁺纳米颗粒倒入1ml乙醇和10ml异丙醇混合溶液中，超声振荡30min，50℃磁力搅拌下加入0.3ml正硅酸乙酯，40min后逐滴加入0.06ml25wt%的氨水，反应10min，得深灰色沉淀，离心分离，110℃烘干5h，研磨，制得所述近红外量子剪裁纳米材料，记为cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2纳米材料。

本发明的有益效果在于：本发明首次提供了一种cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2近红外量子剪裁纳米材料的制备方法，其操作简便、成本低，可对太阳光谱进行调制，降低硅太阳能电池的热损耗，提高太阳能电池能量转化效率，可以大量推广。

附图说明

图1为cafcl:tb³⁺,yb³⁺和cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2纳米材料的xrd图；

图2为cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2纳米材料的tem图；

图3为cafcl:25%tb³⁺,x%yb³⁺@sio2纳米材料的量子剪裁光谱（x=5、10、25、40、45、50）；其中，（a）激发光谱（λem=986nm）；（b）发射光谱（λex=310nm）。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。

实施例1

一种近红外量子剪裁纳米材料cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）cafcl:tb³⁺,yb³⁺纳米颗粒的制备：称量0.935gtb4o7（4n），加入1.5ml浓硝酸和0.5ml去离子水溶解蒸干后，加入1.576gyb2o3（4n）、10ml乙酸和10ml水，加热完全溶解蒸干；然后加入1.233g乙酸钙（分析纯）、10ml乙醇、8ml异丙醇、5ml水、0.484ml三氟乙酸（分析纯）和2.614g三氯乙酸（分析纯），70℃磁力搅拌器中搅拌3h形成溶胶，70℃水浴中加热至凝胶，氩气气氛下600℃烧结1h，研磨后在空气气氛下600℃烧结1h，得到cafcl:tb³⁺,yb³⁺纳米颗粒；

（2）cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2纳米材料的制备：将0.45gcafcl:tb³⁺,yb³⁺纳米颗粒倒入1ml乙醇（分析纯）和10ml异丙醇（分析纯）混合溶液中，超声振荡30min，50℃磁力搅拌下加入0.3ml正硅酸乙酯，40min后逐滴加入0.06ml25wt%的氨水（分析纯），反应10min，得深灰色沉淀，离心分离，110℃烘干5h，研磨，制得所述近红外量子剪裁纳米材料，记为cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2纳米材料。

本发明制得的cafcl:tb³⁺,yb³⁺@sio2近红外量子剪裁纳米材料，最强激发峰位为310nm，发射峰位于986nm。tb³⁺的掺杂浓度为25%，yb³⁺掺杂浓度为5%~50%。当yb³⁺掺杂浓度为40%时，发光最强（如图3所示）。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。