一种钒酸盐基下转换发光材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发光材料及其制备方法，特别涉及一种钒酸盐基下转换发光材料及其制备方法，属于发光物理学中的发光材料领域。
【背景技术】
[0002]对于稀土离子掺杂的钒酸盐发光材料，由于稀土离子具有丰富的能级，其4f电子轨道具有独特的电子层结构和多样化的跃迀模式，可以在不同能级之间跃迀，往往能大大提高稀土钒酸盐材料的光学性能，因而这一类发光材料的制备和发光性能的探讨是目前研宄的热点。稀土钒酸盐发光材料可广泛应用于显示、光信息传递、太阳能光电转换、X射线影像、激光、闪烁体等领域，是各种平板显示器，人类医疗健康，照明光源，粒子探测和记录，光电子器件及农业，军事等领域中的支撑材料，其中最具活力的是太阳能电池的研宄领域。
[0003]太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。硅是最常用的半导体材料，晶体硅的禁带宽度约是1.12电子伏特，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，造成太阳光中占很大部分的短波长的紫外光很难被太阳能电池吸收，这种光谱失配现象导致太阳光能量的极大损失，光电转换的效率低。因此开发新型的光转换材料，提高晶硅太阳能电池的光电转换效率是当前广泛关注的焦点问题之一。
[0004]下转换发光是指吸收一个高能光子的紫外光，发射两个或者多个低能光子的现象。基于此，在硅基太阳能电池上加上红外下转换膜，可以对太阳光谱进行调制，将太阳光谱中一个高能光子转换为两个能量在IlOOnm附近的近红外低能光子，能减少光子转换过程中的热损耗，从面提高硅基太阳能电池的光电转换效率。因此，下转换发光材料具有较好的应用前景。但是，现有的下转化发光材料性能不稳定，制备材料的方法较复杂，成本较高；转换后的能量与硅基太阳能电池的吸收谱不能完全匹配，吸收强度比较弱，能量转换效率的提升不明显。
【发明内容】
[0005]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。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种钒酸盐基下转换发光材料，化学式为Ca8La2_2xYb2!￡V6026，其中x为Yb3+掺杂的摩尔百分数，0.0001彡x彡0.6。
[0007]如上所述的钒酸盐基下转换发光材料的制备方法，采用高温固相法，包括如下步骤:
[0008](I)按化学式Ca8La2_2xYb2xV6Offi中各元素的化学计量比，其中0.0001彡x彡0.6，分别称取含有钙离子Ca2+的化合物、含有镧离子La 3+的化合物、含有镱离子Yb 3+的化合物、含有钒离子V5+的化合物，加入适量的丙酮研磨并混合均匀，得到混合物；
[0009](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250?650°C，预煅烧时间为I?14小时；
[0010](3)将步骤⑵得到的混合物自然冷却，研磨并混合均匀后，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为650?900 °C，煅烧时间为I?14小时；
[0011](4)将步骤(3)得到的混合物自然冷却，研磨并混合均匀后，在空气气氛中最终煅烧，最终煅烧温度为900?1200°C，最终煅烧时间为I?14小时，自然冷却到室温，取出后充分研磨得到钒酸盐基下转换发光材料。
[0012]优选的，本发明高温固相法步骤(2)的预煅烧温度为300?600°C，预煅烧时间2?12小时。
[0013]优选的，本发明高温固相法步骤(3)的煅烧温度为700?850°C，煅烧时间为2?12小时。
[0014]优选的，本发明高温固相法步骤(4)的最终煅烧温度为950?1200°C，最终煅烧时间为2?12小时。
[0015]本发明高温固相法的的技术方案中，含有钙离子Ca2+的化合物为氧化钙、氯化钙、硝酸钙、碳酸钙中的一种；含有镧离子La3+的化合物为氧化镧、硝酸镧、碳酸镧中的一种；含有镱离子Yb3+的化合物为氧化镱、硝酸镱、碳酸镱中的一种；含有钒离子V 5+的化合物为五氧化二钒或偏钒酸铵。
[0016]如上所述的钒酸盐基下转换发光材料的制备方法，采用化学合成法，包括如下步骤:
[0017](I)以含有钙离子Ca2+的化合物、含有镧离子La 3+的化合物，含有镱离子Yb 3+的化合物、含有钒离子V5+的化合物为原料，按化学式Ca 8La2_2xYb2xV6026中对应元素的化学计量比称取，其中0.0001 ^ X ^ 0.6，将含有钙离子Ca2+的化合物、含有镧离子La3+的化合物，含有镱离子Yb3+的化合物分别溶解于稀硝酸溶液中，不断进行搅拌；再按各原料质量的0.5?2.0wt %分别添加络合剂，在50?100°C的温度条件下搅拌溶解；将含有钒离子V5+的化合物溶解于去离子水或乙醇溶液中，按反应物质量的0.5?2.0wt%添加络合剂，在50?100°C的温度条件下搅拌得到澄清溶液；
[0018](2)将步骤(I)得到的各种溶液缓慢混合，在50?100°C的温度下搅拌I?2小时，静置，烘干，得到蓬松的前驱体；
[0019](3)将前驱体置于马弗炉中煅烧，煅烧温度为900?1200°C，煅烧时间为2?16小时，冷却到室温，取出后充分研磨得到钒酸盐基下转换发光材料。
[0020]本发明化学溶液法的技术方案中，络合剂为柠檬酸或草酸。
[0021]本发明化学溶液法的技术方案中，含有钙离子Ca2+的化合物为氧化钙、氯化钙、硝酸钙、碳酸钙中的一种；含有镧离子La3+的化合物为氧化镧、硝酸镧、碳酸镧中的一种；含有镱离子Yb3+的化合物为氧化镱、硝酸镱、碳酸镱中的一种；含有钒离子V 5+的化合物为五氧化二钒或偏钒酸铵。
[0022]本发明技术方案优点在于:
[0023](I)本发明的下转换发光材料，在紫外光的激发下，可以发射主峰位于980纳米的近红外光，其能量与硅的禁带宽度相匹配，可有效实现光的下转换，提高硅基太阳能电池的光电转换效率，是理想的硅基太阳能电池用光转换材料。
[0024](2)本发明的材料制备工艺简单，生产成本低，制得样品的物相纯，无杂相且分布均匀。
[0025](3)本发明无废气废液排放，对环境无污染，是一种环境友好的无机发光材料。
【附图说明】
[0026]图1是本发明实施例1制备样品Ca8Lah9998Ybacitltl2V6O2f^ X射线粉末衍射图谱；
[0027]图2是本发明实施例1制备样品Ca8La1.9998Yb0._2V6Offi在980纳米波长监测下的激发光谱图；
[0028]图3是本发明实施例1制备样品Ca8Lau998Ybcicicitl2V6O2f^ 355纳米波长激发下的发光光谱图；
[0029]图4是本发明实施例1制备样品Ca8Lah 9998YbaQ(IQ2V6026i激发光波长为355纳米，监测光波长为980纳米的发光衰减曲线；
[0030]图5是本发明实施例1制备样品Ca8Lah 9998Ybacitltl2V6O2f^扫描电镜照片；
[0031]图6是本发明实施例3制备样品Ca8Lah9YbaiV6O2f^ 980纳米波长监测下的激发光谱图；
[0032]图7是本发明实施例3制备样品Ca8Lah9YbtllV6O2f^355纳米波长激发下的发光光谱图；
[0033]图8是本发明实施例3制备样品Ca8La1^Yba 乂026在激发光波长为355纳米，监测光波长为980纳米的发光衰减曲线；
[0034]图9是本发明实施例6制备样品Ca8Lah4Yba6V6O2J^X射线粉末衍射图谱；
[0035]图10是本发明实施例6制备样品Ca8La1.斤。.6￥6026在980纳米波长监测下的激发光谱图；
[0036]图11是本发明实施例6制备样品Ca8La1.Jbtl.6￥6026在355纳米波长激发下的发光光谱图；
[0037]图12是本发明实施例6制备样品Ca8Lah4Yba6V6O2f^激发光波长为355纳米，监测光波长为980纳米的发光衰减曲线；
[0038]图1