一种可以实现紫外光转换发射近红外光的材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发光材料，尤其涉及一种可以实现紫外光转换发射近红外光的材料及其制备方法和应用，属于发光物理学中的发光材料领域。
【背景技术】
[0002]能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，纵观人类社会发展的历史，能源的改进和更替促进了人类文明的重大进步，极大地推进了世界经济和人类社会的发展，而能源短缺愈来愈制约着未来社会的可持续发展，环境污染产生了负面的影响。因此各国政府对能源问题和环境问题日益重视，发展可再生能源技术刻不容缓。在各种可再生能源(风能、水能、太阳能等)中，太阳能是一种取之不尽用之不竭的能源，提供给地球的能量大约相当于人类目前每年消耗能量的一万倍，具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性，以及免维护性等优点。光伏能源被认为是21世纪最重要的新能源，太阳能光伏发电产业是完全可持续发展的，已经逐渐进入人类能源结构，备受各国青睐，将成为未来基础能源的重要组成部分。
[0003]目前，进入实用领域的太阳能电池主要是以硅基电池为主，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管将太阳的光能变成电能，产生电流，其光电转换效率理论最大值仅为29%(Shockley-Queisser极限效率)，实际转换效率约15%，且生产工艺较复杂、生产成本高。硅太阳能电池对入射光的有效响应频谱范围为400?1100纳米，仅能量大于硅太阳能电池能隙(Eg>l.12eV，λ <1100纳米)的太阳光才能被吸收(载流子热能化也将降低娃太阳能电池的效率)，而能量小于硅太阳能电池能隙的太阳光(λ >1100纳米)则不能被吸收利用，这种光谱失配现象导致太阳光能量的极大损失，因此开发可以调整太阳能光谱的发光材料，使硅太阳能电池更合理地利用太阳光，提高晶硅太阳能电池的光电转换效率是一个重要问题。
[0004]采用下转换材料，吸收电池光谱响应较差的一个短波长光子(300?500纳米)，再发射出光谱响应性好的两个或多个红外光子(?1000纳米)，这一过程将太阳光中的短波长的光通过量子剪裁变为长波长的光，减少了载流子热能化损耗，消除光谱失配现象，提高太阳光的利用率。因此，可以开发新型下转换发光材料用于提高太阳能电池的光电转化效率。
[0005]由于Yb3+离子的红外发射位于1000纳米处，与单晶硅的禁带宽度非常匹配，因此常被用作下转换材料的掺杂离子来提高太阳能的利用率。公开号为CN102618285A专利披露了 Yb3+离子掺杂的下转换近红外发光材料，化学组成为La ^JdrYbjOX(X = F，Cl，Br)，其中0.001 < < 0.35，O < 0.35，可以使电池最大程度地利用太阳光，提高太阳能电池的光电转化效率。而本发明制备得到的Yb3+掺杂钼酸盐La P7xYb7^lMo7O3ci (0.0001 ^ 0.4)发光材料，研宄表明其也可以实现紫外光转换发射近红外光，用于提高电池的光电转化效率，用作硅基太阳能电池光转换材料，目前为止该材料的制备方法及应用均未见报道。
【发明内容】
[0006]针对上述现存的技术问题，本发明提供一种可以实现紫外光转换发射近红外光的材料及其制备方法和应用。可以实现紫外光转换发射近红外光的硅基太阳能电池用光转换材料，该制备工艺简单，生产成本低。
[0007]为实现上述目的，本发明提供一种可以实现紫外光转换发射近红外光的材料，化学式为La7IxYb7^lMo7O3ci，其中为Yb 3+掺杂的摩尔百分数，0.0001彡0.4 ;并且，在250纳米?400纳米的紫外光有效激发下，可以发射900纳米?1100纳米的近红外光。
[0008]本发明同时提供了一种上述可以实现紫外光转换发射近红外光的材料的制备方法，即采用高温固相法，包括如下具体步骤:
Cl)按化学式La7_7xYb7jMo703(l中各元素的化学计量比，其中0.0001 ( 0.4,分别称取含有镧离子La3+的化合物、含有镱离子Yb 3+的化合物、含有钼离子Mo 6+的化合物，研磨并混合均匀；
(2)将步骤(I)所得物在空气气氛下预煅烧I?2次，煅烧温度为200?600°C，煅烧时间为2?15小时；
(3)将步骤(2)所得物自然冷却，研磨并混合均匀后，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为600?950°C，煅烧时间为2?15小时；
(4)将步骤(3)所得物自然冷却到室温，最终得到可以实现紫外光转换发射近红外光的材料。
[0009]进一步，所述的含有镧离子La3+的化合物为氧化镧、氢氧化镧、碳酸镧、硝酸镧中的一种；所述含有镱离子Yb3+的化合物为含有镱离子Yb 3+的化合物为氧化镱、硝酸镱中的一种；所述的含有钼离子Mo6+的化合物为氧化钼和钼酸铵中的一种。
[0010]优选的，步骤(2 )的预煅烧温度为300?600 V，煅烧时间为3?12小时；步骤(3 )的煅烧温度为600?900°C，煅烧时间为3?13小时。
[0011]本发明又提供了一种上述可以实现紫外光转换发射近红外光的材料的制备方法，即采用溶胶-凝胶法，包括如下具体步骤:
(A)按化学式La7_7xYb7J\fo703(l中各元素的化学计量比，其中0.0001 ( 0.4,分别称取含有镧离子La3+的化合物、含有镱离子Yb 3+的化合物、含有钼离子Mo 6+的化合物，并分别溶解于去离子水或稀硝酸溶液中，得到透明溶液；再按各原料金属阳离子摩尔量的0.5?2.0倍分别添加络合剂柠檬酸或草酸，并分别在50?100°C的温度条件下搅拌，得到各原料的混合液；
(B)将步骤(A)得到的各原料的混合液缓慢混合，继续搅拌I?2小时后，静置，烘干，得到蓬松的前驱体；
(C)将步骤(B)得到的前躯体粉末置于坩祸中，在马弗炉中，空气气氛下煅烧2?3次，煅烧温度为200?800°C，煅烧时间2?15小时，自然冷却到室温，最终得到可以实现紫外光转换发射近红外光的材料。
[0012]进一步，所述的含有镧离子La3+的化合物为氧化镧、氢氧化镧、碳酸镧、硝酸镧中的一种；所述含有镱离子Yb3+的化合物为含有镱离子Yb 3+的化合物为氧化镱、硝酸镱中的一种；所述的含有钼离子Mo6+的化合物为氧化钼和钼酸铵中的一种。
[0013]优选的，步骤(C)的煅烧温度为300?750 °C，煅烧时间为3?12小时。
[0014]本发明再提供了一种上述可以实现紫外光转换发射近红外光的材料的制备方法，即采用共沉淀法，包括如下具体步骤:
(I )按照化学式La7IxYb7^o7O3ci中各元素的化学计量比，其中0.0001彡0.4，分别称取含有镧离子La3+的化合物、含有镱离子Yb 3+的化合物、含有钼离子Mo 6+的化合物为原料，并分别溶解于去离子水或稀硝酸中，得到各原料的混合液；
(II)将步骤(I)所得的各原料的混合液水浴锅加热至50?80°C恒温搅拌，然后将各种原料的溶液混合在一起，在搅拌条件下缓慢滴加氨水，调节PH值在6?9之间，静置得到沉淀物；
(III)将步骤(II)得到的沉淀物洗涤数次，过滤分离后置于瓷坩祸中，在温度为50?100°c的条件下进行烘干；
(IV)将步骤(III)所得物在空气气氛中煅烧，煅烧温度为200?800°C，煅烧时间为2?15小时，重复本步骤两到三次，自然冷却后，研磨并混合均匀，最终得到可以实现紫外光转换发射近红外光的材料。
[0015]进一步，所述的含有镧离子La3+的化合物为氧化镧、氢氧化镧、碳酸镧、硝酸镧中的一种；所述含有镱离子Yb3+的化合物为氧化镱、硝酸镱中的一种；所述的含有钼离子Mo 6+的化合物为氧化钼和钼酸铵中的一种。
[0016]优选的，步骤(IV)的煅烧温度为300?750°C，煅烧时间为3?12小时。
[0017]此外，本材料能被250纳米?400纳米的紫外光有效激发，可以发射900纳米?1100纳米的近红外光，具有很强的吸收，可有效提高硅基太阳能电池的光电转换效率，，同时能减弱太阳能电池的热效应，能够作为硅基太阳能电池的光转换材料应用。
[0018]并且，本材料的制备方法还具有如下的优点:1、由于本材料是在空气气氛下煅烧制得，无需提供还原性气氛，烧成温度较低，制备工艺简单，易于操作。2、制备原料来源丰富，价格低廉，产品易收集，能源消耗低，对环境友好，而且合成的光转换材料性能稳定。
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例1制备样品La6.9993Yb0._Mo703(l的X射线粉末衍射图谱；
图2是本发明实施例1制备样品La6.9993Yb?Mo703(l的SEM图；
图3是本发明实施例1制备样品Laa 9993Ybciwci7M07O3tl在355纳米波长激发下的荧光光谱图；
图4是本发明实施例1制备样品Laa 9993Ybciwci7M07O3tl的在975纳米波长监控下的激发光谱图；
图5是本发明实施例4制备样品La6.Jba7Mo7O3tl的X射线粉末衍射图谱；
图6是本发明实施例4制备样品La6.Jba7Mo7O3tl的SEM图；
图7是本发明实施例4制备样品La6.Jbtl7Mo7O3tl在310纳米波长激发下的荧光光谱图； 图8是本发明实施例4制备样品La6.Jbtl7Mo7O3tl的在975纳米波长监控下的激发光谱图；
图9是本发明实施例7制备样品La42Yb2.8Mo703(l