一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发光材料的制备方法及其应用，特别涉及一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料及制备方法，属于发光材料技术领域。
【背景技术】
[0002]自21世纪以来，能源短缺和环境污染愈来愈制约着未来社会的可持续发展，为此人类迫切需要开发和应用新能源，太阳能等可再生能源技术代表了清洁能源的发展方向，引起了世界各国的广泛关注，并将成为未来基础能源的重要组成部分。
[0003]太阳能电池是一种利用光生伏特效应将太阳光能直接转化为电能的器件，根据材料的不同，可以将电池分为:硅太阳能电池、纳米晶太阳能电池、以无机盐如砷化镓、硫化镉铜铟砸等多元化合物为材料的太阳能电池、有机太阳能电池、功能高分子材料制备的太阳能电池，其中发展技术最成熟，应用最广泛的就是硅基太阳能电池。硅太阳能电池对入射光的有效响应频谱范围为400?1100纳米，这与太阳光的光谱分布不完全匹配，使得占太阳光中很大部分的短波长的紫外光不能被充分的吸收利用，如何通过光谱调制使硅太阳能电池更加充分的吸收太阳光，从而提高硅基太阳能电池的光电转换效率，是人们目前最为关注的问题之一。
[0004]为了解决这个难题，人们在太阳能电池的上表面引入下转换发光层，通过掺杂的稀土量子剪裁，吸收一个电池光谱响应较差的一个短波长光子，再发射出光谱响应较好的两个或多个红外光子，从而极大地消除光谱失配现象，提高电池发光谱响应性并减少载流子的热能损耗，从而提高其光转化效率。因此，开发新型的适用于太阳光谱转换以及对环境友好、制作成本低的下转换发光材料具有重要的研宄意义。
[0005]Yb3+离子的4f电子有13个，光谱跃迀只能在基态能级2F7/2和唯一激发态能级2F5/2之间进行，不存在激发态吸收和上转换，因而有较高的光转换效率。但是，单掺杂Yb3+离子很难吸收紫外光和可见光，因此通常以共掺三价稀土离子作敏化剂来改善其在紫外光之可见光区的吸收，以提高太阳能的利用率，目前这些共掺杂的离子主要集中在铽离子Tb3+、铥离子Tm3+、铒离子Er3+、镨离子Pr3+、钕离子Nd3+等三价稀土离子。尽管这些共掺的离子在紫外至可见光区有吸收，但其吸收均却大多为线状的，吸收的强度小，达不到充分利用的效果，且现有的下转化发光材料制备方法也较复杂，成本较高。
【发明内容】
[0006]针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种发光性能稳定、吸收强度高、能够高效实现紫外光转换发射近红外光的硅基太阳能电池用下转换发光材料，同时，本发明提供简单易操作的此种光转换材料的制备方法。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料，化学式为MY4_4xYb4xMo3016，M为二价过渡金属离子镉Cd2+或锌Zn 2+，x为Yb3+掺杂的摩尔百分数，0.0001彡X彡0.8。
[0008]如上所述的在紫外光激发下实现近红外发光的材料的制备方法，采用高温固相法，包括如下步骤:
[0009](I)按化学式MY4_4xYb4xMo30lf^各元素的化学计量比，其中0.0001彡χ彡0.8，分别称取含有离子M的化合物、含有钇离子Y3+的化合物、含有镱离子Yb3+的化合物、含有钼离子Mo6+的化合物，研磨并混合均匀，得到混合物，所述的离子M为二价过渡金属离子镉Cd 2+或锌Zn2+;
[0010](2)将步骤(I)得到的混合物在空气气氛中预煅烧，预煅烧温度为400?900°C，预煅烧时间为I?15小时；
[0011](3)将得到的混合物自然冷却，取出后研磨并混合均匀，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为900?1200°C，煅烧时间为I?10小时，自然冷却到室温，取出后充分研磨得到在紫外光激发下实现近红外发光的材料。
[0012]优选的，本发明高温固相法中步骤(2)的预煅烧温度为450?850°C，预煅烧时间为2?14小时。
[0013]优选的，本发明高温固相法中步骤(3)的煅烧温度为950?1150°C，煅烧时间为2?9小时。
[0014]如上所述的在紫外光激发下实现近红外发光的材料的制备方法，采用化学合成法，包括如下步骤:
[0015](I)以含有离子M的化合物、含有钇离子Y3+的化合物、含有镱离子Yb3+的化合物、含有钼离子Mo6+的化合物为原料，按化学式MY 4_4xYb4xMo3016中对应元素的化学计量比称取，其中0.0001 < X < 0.8，将含有离子M的化合物、含有钇离子Y3+的化合物、含有镱离子Yb 3+的化合物分别溶解于稀硝酸溶液中，将含有钼离子Mo6+的化合物溶解于去离子水或乙醇溶液中，得到各种透明溶液，再按各反应物质量的0.5?2.0被％分别添加络合剂，在50?80°C的温度条件下搅拌溶解，所述的离子M为为二价过渡金属离子镉Cd2+或锌Zn 2+;
[0016](2)将步骤⑴得到的各种溶液缓慢混合，在50?80°C的温度条件下搅拌I?2小时后，静置，烘干，得到膨松的前驱体；
[0017](3)将步骤⑵得到的前驱体置于马弗炉中煅烧，煅烧温度为700?1100°C，煅烧时间为2?10小时，自然冷却到室温，取出后充分研磨得到在紫外光激发下实现近红外发光的材料。
[0018]优选的，本发明化学溶液法中步骤(3)的煅烧温度为750?1000 V，煅烧时间为3?9小时。
[0019]本发明化学溶液法中，所述络合剂为柠檬酸或草酸。
[0020]优选的，本发明高温固相法和化学溶液法中，含有离子M的化合物为M的氧化物、氯化物、硝酸盐中的一种；含有钇离子Y3+的化合物为氧化钇、硝酸钇和碳酸钇中的一种；含有镱离子Yb3+的化合物为氧化镱、硝酸镱和碳酸镱中的一种；含有钼离子Mo 6+的化合物为氧化钼或钼酸铵。
[0021]本发明技术方案的优点在于:
[0022](I)本发明提供的在紫外光激发下实现近红外发光的材料，可以被紫外-近紫外光有效激发，发射出950?1100纳米的近红外光，与硅基太阳能电池的吸收光谱相匹配，可以提高硅基太阳能电池光转换效率，是理想的硅基太阳能电池用光转换材料。
[0023](2)本发明提供的材料有良好的化学和热稳定性能，以MY4Mo3O16 (M为Cd2+或Zn 2+)为基质，掺杂激活离子Yb3+用来取代晶格之中的Y3+离子，通过基质在紫外-近紫外的宽带吸收传递能量到激活离子Yb3+，实现其激发光谱在紫外和可见光区的宽带吸收，从而将紫外光高效的转换为近红外光。
[0024](3)本发明提供的在紫外光激发下实现近红外发光的材料，制备工艺简单易行，对于设备的要求不高，制得的产品物相纯，粒度分布均匀，且生产成本低廉，易于工业化生产，制备过程中不需要特殊的保护，且对环境友好、没有污染。
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例1制备样品CdY2Yb2Mo3Olf^X射线粉末衍射图谱；
[0026]图2是本发明实施例1制备样品CdY2Yb2Mo3Olf^扫描电子显微镜图谱；
[0027]图3是本发明实施例1制备样品CdY2Yb2Mo3Olf^ 1000纳米波长监测下的激发光谱图；
[0028]图4是本发明实施例1制备样品0(1￥2￥13^03016在360纳米波长激发下的荧光光谱图；
[0029]图5是本发明实施例1制备样品0(1￥2￥13^03016在激发光波长为360纳米，监测光波长为1000纳米的发光衰减曲线；
[0030]图6是本发明实施例2制备样品CdYi6Ybtl4Mo3OlfJ^X射线粉末衍射图谱；
[0031]图7是本发明实施例2制备样品CdY3.Jbci4Mo3Olf^扫描电子显微镜图谱；
[0032]图8是本发明实施例2制备样品CdYi6Ybtl4Mo3Olf^ 1000纳米波长监测下的激发光谱图；
[0033]图9是本发明实施例2制备样品CdY16Ybtl4Mo3Olf^360纳米波长激发下的荧光光谱图；<