一种近红外发光材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种近红外发光材料及其制备方法和用途。所述近红外发光材料的化学式为A1‑

【技术实现步骤摘要】
一种近红外发光材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于荧光材料的
，涉及一种近红外发光材料及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]随着能源短缺和环境污染的日益严重，可持续清洁能源的开发利用迫在眉睫。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的绿色能源。因此，利用太阳能电池装置捕捉太阳光并将其转化为电能的相关技术得到了发展。到目前为止，许多太阳能电池技术得到了发展，其中作为第一代太阳能转换器的晶体硅太阳能电池以其低成本和简单的制造工艺仍然占据着市场的主导地位。但由于入射太阳光子能量与晶体硅太阳能电池能隙的光谱不匹配，其光电转换效率仍远低于理论计算的30％
‑
40％。基于此，研究者们采用上转换或者下转换的方法实现太阳光谱调制。下转换途径是把利用率较低的高能短波长光子转换为利用率高的与太阳能电池相匹配的近红外光子，从而提高对太阳光谱的利用率。将下转换材料用于制作硅太阳能电池的光转换层，能够有效的提高硅太阳能电池的光电转化效率。
[0003]目前常见的近红外发光材料一般都是Re
3+
‑
Yb
3+
(Re
3+
＝Tb3
+
、Pr
3+
、Tm
3+
)离子对共掺杂的形式。其中与Yb
3+
离子共掺杂的稀土施主离子属于4f
‑
4f窄带跃迁，其吸收截面较小且呈线状谱，因此很难高效吸收大部分入射的太阳光能量。
[0004]CN109913209A公开了一种Cr掺杂的钙钛矿型结构卤化物近红外发光材料及制备方法，化学组成式为AB1‑
x
X3:xCr
3+
。其中，A:B:X＝1:1:3；A为Cs、Rb中至少一种；B为Ag、Na、In、Ga、Pb中至少一种；X为Cl、Br中至少一种；0＜x＜100mol％。本专利技术还公开了上述近红外发光材料的制备方法，包括：(1)称量物料：分别称量含A化合物、含B化合物、含Cr化合物；(2)物料经研磨混匀后经固相法高温煅烧合成。
[0005]CN107573937A公开了一种用于近红外LED的荧光粉材料，MBO3:xCr；M为Sc、Al、Lu、Gd、Y中至少一种；0.005≤x≤0.2。该荧光粉材料以下述物质为原料：Cr的含氧化合物，Sc、Al、Lu、Gd、Y的含氧化合物，H3BO3、B2O3中的一种；将原料直接混合均匀后灼烧，或者添加反应助熔剂，并将原料和助熔剂充分混合均匀，将上述混合物灼烧；灼烧产物经后处理过程，即制作成荧光粉材料。
[0006]但是上述文献中的近红外发光材料存在着各种问题，比如发光效率低、荧光热猝灭严重或者化学稳定性差等
[0007]基于以上研究现状，迫切需要寻找应用价值更大的在近紫外、可见光区具有较强宽带吸收的近红外发光材料。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种近红外发光材料及其制备方法和用途。本专利技术的Cr与Yb共掺杂的近红外发光材料具有很宽的激发光谱，能够产生可见光以及与硅的禁带宽度相匹配的近红外光，将其应用在硅基太阳能电池中，可以将吸收较弱的近紫外光转换为吸收
较强的近红外光，提升其光电转换效率。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种近红外发光材料，所述近红外发光材料的化学式为A1‑
y
B
11
‑
x
Cr
x
Yb
y
O
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，其中，所述化学式中的A包括碱金属元素，所述化学式中的B包括Ga和/或Al；0.01≤x≤0.16，0.01≤y≤0.06。
[0011]例如，所述x可以为0.01、0.03、0.05、0.08、0.1、0.12、0.15或0.16等。
[0012]例如，所述y可以为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或0.06等。
[0013]本专利技术所提供的近红外发光材料，碱金属元素为Yb的掺杂提供位点，本专利技术制备得到了一种Cr
3+
‑
Yb
3+
共掺杂的近红外发光材料。Cr
3+
离子在基质中约712nm处呈现深红色发射。当Yb
3+
离子掺杂到基质中时，发生了从Cr
3+
到Yb
3+
离子的能量转移，从而导致有效的近红外发射。利用Cr
3+
的宽带吸收，Yb
3+
的有效近红外发射以及Cr
3+
和Yb
3+
离子之间的能量转移，可以将低光谱响应的UV
‑
Vis区域有效地转换为光谱的NIR区域，从而提高了光谱转换效率。
[0014]本专利技术中，单独掺杂Cr
3+
，得到的发光材料在约712nm处呈现深红色发射，但没有体现出近红外的发光特性，而单独掺杂Yb
3+
，得到的发光材料在980nm处监测的PLE光谱呈现出强激发带，这源自Yb
3+
离子的电荷转移带，但Yb
3+
不能有效吸收UV
‑
Vis光。
[0015]优选地，所述碱金属元素包括Li、Na或K中的任意一种或至少两种的组合。
[0016]第二方面，本专利技术提供一种根如第一方面所述的近红外发光材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0017](1)将含A的化合物、含B的化合物、含Cr的化合物和含Yb的化合物按照A1‑
y
B
11
‑
x
Cr
x
Yb
y
O
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的化学计量比进行混合，得到混合物；
[0018](2)将步骤(1)所述混合物进行烧结，研磨，得到所述近红外发光材料；
[0019]其中，所述A包括碱金属元素，所述化学式中的B包括Ga和/或Al。
[0020]本专利技术所提供的制备方法，可以在空气条件下直接烧结得到发射范围较宽的近红外发光材料，且制备条件温和，方法简单可行，易于操作、易于量产、无污染、成本低。
[0021]步骤(1)所述含A的化合物包括碱金属氧化物、碱金属卤化物或碱金属碳酸盐中的任意一种或至少两种的组合。
[0022]优选地，所述碱金属氧化物包括Li2O、Na2O或K2O中的任意一种或至少两种的组合。
[0023]优选地，所述碱金属卤化物包括LiF、NaF或KF中的任意一种或至少两种的组合。
[0024]优选地，所述碱金属碳酸盐包括Li2CO3、Na2CO3或K2CO3中的任意一种或至少两种的组合。
[0025]优选地，步骤(1)所述含B的化合物包括含Ca的化合物和/或含Al的化合物。
[0026]优选地，所述含Ca的化合物包括含Ca的氧化物和/或含Ca的含氧酸盐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近红外发光材料，其特征在于，所述近红外发光材料的化学式为A1‑
y
B
11
‑
x
Cr
x
Yb
y
O
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，其中，所述化学式中的A包括碱金属元素，所述化学式中的B包括Ga和/或Al；0.01≤x≤0.16，0.01≤y≤0.06。2.根据权利要求1所述的近红外发光材料，其特征在于，所述碱金属元素包括Li、Na或K中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的近红外发光材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将含A的化合物、含B的化合物、含Cr的化合物和含Yb的化合物按照A1‑
y
B
11
‑
x
Cr
x
Yb
y
O
17
的化学计量比进行混合，得到混合物；(2)将步骤(1)所述混合物进行烧结，研磨，得到所述近红外发光材料；其中，所述A包括碱金属元素，所述化学式中的B包括Ga和/或Al。4.根据权利要求3所述的近红外发光材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述含A的化合物包括碱金属氧化物、碱金属卤化物或碱金属碳酸盐中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述碱金属氧化物包括Li2O、Na2O或K2O中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述碱金属卤化物包括LiF、NaF或KF中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述碱金属碳酸盐包括Li2CO3、Na2CO3或K2CO3中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求3或4所述的近红外发光材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述含B的化合物包括含Ca的化合物和/或含Al的化合物；优选地，所述含Ca的化合物包括含Ca的氧化物和/或含Ca的含氧酸盐；优选地，所述含Ca的氧化物包括Ga2O3；优选地，所述含Ca的含氧酸盐包括Ga(OH)3；优选地，所述含Al的化合物含Al的氧化物和/或含Al的含氧酸盐；优选地，所述含Al的氧化物包括Al2O3；优选地，所述含Al的含氧酸盐包括Al(OH)3。6.根据权利要求3
‑
5任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤洪鹏，王子阳，沈斯达，
申请(专利权)人：中国科学院江西稀土研究院，
类型：发明
国别省市：