一種熒光粉及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熒光粉及其制備方法，該熒光粉能夠同時在波長為315nm附近的紫外高頻光下轉(zhuǎn)換和在1100-1300nm波段的紅外低頻光上轉(zhuǎn)換，該熒光粉的化學成分符合Rx Y1-x F3,其中R為稀土元素Tm，并且0<x≤0.1。該熒光粉是采用高溫固相反應，制得的熒光粉在紫外光和紅外光的激發(fā)下，能夠發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光。
【專利說明】一種熒光粉及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠同時實現(xiàn)高頻光下轉(zhuǎn)換和低頻光上轉(zhuǎn)換的熒光材料及其制備方法，屬于發(fā)光材料【技術領域】。

【背景技術】
[0002]作為可再生、無污染能源，太陽一直為人類所重視。太陽輻射的能量最大值對應的波長為475nm，且近99%的太陽光能量分布在220?4000nm寬波段內(nèi)。太陽能電池就是一種將太陽光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。然而，由于受到半導體能隙寬度的限制，各種太陽能電池都只能對各自特定的光譜范圍的光實現(xiàn)較高效率的光電轉(zhuǎn)換，通常集中在400nm-900nm。在近紅外區(qū)域，光電轉(zhuǎn)換受限于多晶硅的禁帶寬度Eg，即低于此能量的光子不被吸收。而在近紫外區(qū)域，過剩的能量被轉(zhuǎn)換為電子空穴對的動能，隨后轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉。為了提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，一種方案就是設法擴展太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換的頻率范圍，將不被某一電池響應或響應很弱的太陽光轉(zhuǎn)換到其最佳頻帶范圍內(nèi)，以改善其對太陽光譜的響應特性。
[0003]太陽光經(jīng)過地球大氣層的吸收，到達海平面時，能量會富集在幾個區(qū)域。由太陽光在海平面的輻照分布圖(圖1)可知，能量集中在500nm(400-1000nm)、1060nm(1000-1 10nm)、1250nm(1150-1300nm)和 1600nm(1500_1750nm)幾個區(qū)域。在應用稀土摻雜轉(zhuǎn)光材料提高太陽光的光電轉(zhuǎn)換效率的研究中，太陽光紫外部分的光的下轉(zhuǎn)換、以及紅外部分的光的上轉(zhuǎn)換，都已有諸多的研究成果。其中，對于紅外波段，主要研究集中在 1060nm(1000-1 10nm)和 1600nm(1500_1750nm)的區(qū)域，而 1250nm(1150_1300nm)的區(qū)域卻鮮有報道。
[0004]為了充分利用太陽光譜各個波段的能量，通常要同時進行光的上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換，因此需要多種熒光粉來分別實現(xiàn)，但是由于混合了多種熒光粉，考慮到各種熒光粉的配比增加了工藝繁瑣程度，同時也增加了成本，而且混合物間存在能量損耗、顏色再吸收及老化速率不同等問題。如能制備出具有多個發(fā)射峰的單基質(zhì)熒光粉，并且其能夠?qū)⒏哳l光進行下轉(zhuǎn)換，也能夠?qū)⒌皖l光進行上轉(zhuǎn)換，則可以很好的避免這些問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種熒光粉，該熒光粉能夠同時實現(xiàn)波長為315nm附近的紫外高頻光下轉(zhuǎn)換和在1100-1300nm波段的紅外低頻光上轉(zhuǎn)換，該熒光粉的化學成分符合:RxY1-, F3,其中R為稀土元素Tm，并且0〈x < 0.1。該熒光粉是采用常規(guī)的高溫固相法制備，所述的高溫固相法是按化學計量比分別稱取含有Y、Tm的氟化物為原料進行混合后研磨一小時、加酒精研磨一小時，常溫晾干后，將上述混合物裝入剛玉坩堝，并在HF氣氛的高溫爐中煅燒；HF氣氛由NH4HF2分解提供；在高溫爐中煅燒溫度為700°C，煅燒時間為6個小時，自然冷卻后研磨即獲得本發(fā)明所述熒光粉。
[0006]本發(fā)明還提供了一種熒光粉的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0007]步驟1:稱取需要量的總原料:將含有Y、Tm的氟化物作為原料，將這些原料混合均勻，研磨一小時，然后加入酒精，研磨一小時；
[0008]步驟2:常溫晾干后，將上述混合物裝入剛玉坩堝，并置于HF氣氛的高溫爐內(nèi)煅燒，HF氣氛由NH4HF2分解提供；煅燒溫度為700°C，煅燒時間為6個小時；
[0009]步驟3:樣品隨高溫爐自然降到室溫后，將燒結(jié)物破碎至所需粒度，即得到所需產(chǎn)物。
[0010]按本發(fā)明方法制備的熒光粉能被紫外光和紅外光激發(fā)，得到Tm離子的特征譜線，發(fā)射出紅外、紅、藍三個波段的譜帶。
[0011]本發(fā)明使用紫外光作為激發(fā)源對材料進行激發(fā)，所述的紫外光波長為315nm ;使用紅外光作為激發(fā)源對材料進行激發(fā)，所述的紅外光波長分別為1165nm，1220nm。
[0012]本發(fā)明中，熒光粉在紫外光315nm激發(fā)下，發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光，見圖2 ;在紅外光1165nm激發(fā)下，發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光，見圖3 ;在紅外光1220nm激發(fā)下，發(fā)射出中心波長為700nm的紅光和800nm的紅外光，見圖4。
[0013]有益效果:
[0014]1、本發(fā)明提供的熒光粉，在稀土轉(zhuǎn)光材料研究較少的1100-1300nm波段，實現(xiàn)了能量上轉(zhuǎn)換，發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光，從而有效地利用了太陽光譜在1100-1300nm的波段，為太陽能電池的光伏增效提供新的路徑。
[0015]2、本發(fā)明提供的熒光粉，在315nm紫外光激發(fā)下，也能夠發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光，從而可實現(xiàn)一種材料同時轉(zhuǎn)換高低兩種頻率的太陽光。
[0016]3、本發(fā)明提供的熒光粉，組成成分簡單，合成工藝簡單，穩(wěn)定性高，成本低，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為太陽光在大氣層之上和海平面的輻照度分布。
[0018]圖2為Ya95Tmatl5F3熒光粉在315nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。
[0019]圖3為Ya95Tmatl5F3熒光粉在1165nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。
[0020]圖4為Ya95Tmatl5F3熒光粉在1220nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。
[0021]圖5為本發(fā)明的方法流程圖。

【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明創(chuàng)造作進一步的詳細說明。
[0023]實施例一
[0024]本發(fā)明實施例合成方法流程圖如圖5所示。采用純度為99.99%的YF3JmF3為主要原料，得到分子組成為TmxYhF3樣品(X取值為0.05)。精確稱量0.9247g YF3和0.0753gTmF3，在研缽中混合均勻，研磨I小時。然后加入5mL酒精，研磨I小時。常溫晾干后，將以上混合物置于剛玉坩堝中，并置于HF氣氛的高溫爐內(nèi)進行煅燒，HF氣氛由順4冊2分解提供；煅燒溫度為700°C，煅燒時間為6個小時。等樣品溫度隨高溫爐自然降低到室溫后，將燒結(jié)物破碎至所需粒度，得到實施例的樣品。
[0025]本發(fā)明實施例能被紫外光315nm和紅外光1165nm、1220nm激發(fā)，發(fā)射出紅外、紅、藍三個波段的光譜帶。本發(fā)明實施例在315nm激發(fā)下的發(fā)射光譜如圖2所示，Tm3+離子發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光；在1165nm激發(fā)下的發(fā)射光譜如圖3所示，Tm3+離子發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光；在1220nm激發(fā)下的發(fā)射光譜如圖4所示，Tm3+離子發(fā)射出中心波長為700nm的紅光和800nm的紅外光。
[0026]實施例二
[0027]本發(fā)明實施例合成方法流程圖如圖5所示。采用純度為99.99%的YF3JmF3為主要原料，得到分子組成為Y1-JmxF3樣品(X取值為0.1)。精確稱量0.8532g YF3和0.1468gTmF3，在研缽中混合均勻，研磨I小時。然后加入5mL酒精，研磨I小時。常溫晾干后，將以上混合物置于剛玉坩堝中，并置于高溫爐內(nèi)進行煅燒，HF氣氛由NH4HF2分解提供；煅燒溫度為700°C，煅燒時間為6個小時。等樣品溫度隨高溫爐自然降低到室溫后，將燒結(jié)物破碎至所需粒度，得到實施例的樣品。
[0028]本發(fā)明實施例能被紫外光315nm和紅外光1165nm、1220nm激發(fā)，發(fā)射出紅外、紅、藍三個波段的光譜帶。本發(fā)明實施例在315nm激發(fā)下的發(fā)射光譜與圖2類似，Tm3+離子發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光；在1165nm激發(fā)下的發(fā)射光譜與圖3類似，Tm3+離子發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光；在1220nm激發(fā)下的發(fā)射光譜與圖4類似，Tm3+離子發(fā)射出中心波長為700nm的紅光和800nm的紅外光。
[0029]實施例三
[0030]本發(fā)明實施例合成方法流程圖如圖5所示。采用純度為99.99%的YF3JmF3為主要原料，得到分子組成為Y1-JmxF3樣品(X取值為0.0001)。精確稱量0.9998g YF3和0.0002gTmF3，在研缽中混合均勻，研磨I小時。然后加入5mL酒精，研磨I小時。常溫晾干后，將以上混合物置于剛玉坩堝中，并置于高溫爐內(nèi)進行煅燒，HF氣氛由NH4HF2分解提供；煅燒溫度為700°C，煅燒時間為6個小時。等樣品溫度隨高溫爐自然降低到室溫后，將燒結(jié)物破碎至所需粒度，得到實施例的樣品。
[0031]本發(fā)明實施例能被紫外光315nm和紅外光1165nm、1220nm激發(fā)，發(fā)射出紅外、紅、藍三個波段的光譜帶。本發(fā)明實施例在315nm激發(fā)下的發(fā)射光譜與圖2類似，Tm3+離子發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光；在1165nm激發(fā)下的發(fā)射光譜與圖3類似，Tm3+離子發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光；在1220nm激發(fā)下的發(fā)射光譜與圖4類似，Tm3+離子發(fā)射出中心波長為700nm的紅光和800nm的紅外光。
【權利要求】
1.一種熒光粉，其特征在于:所述熒光粉的化學成分符合RxYhF3,其中R為稀土元素Tm，并且 0〈x ^ 0.10
2.根據(jù)權利要求1所述的一種熒光粉，其特征在于:所述熒光粉是在波長為315nm的紫外高頻光下轉(zhuǎn)換和在1100-1300nm波段的紅外低頻光上轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種熒光粉，其特征在于:所述熒光粉是采用高溫固相法制備；所述高溫固相法包括:按化學計量比分別稱取含有Y、Tm的氟化物為原料進行混合后研磨一小時、加酒精研磨一小時，常溫晾干后，將上述混合物裝入剛玉坩堝，并在HF氣氛的高溫爐中煅燒；HF氣氛由NH4HF2分解提供；在高溫爐中煅燒溫度為700°C，煅燒時間為6個小時，自然冷卻后研磨即獲得本發(fā)明所述熒光粉。
4.一種熒光粉的制備方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟1:稱取需要量的總原料:將含有Y、Tm的氟化物作為原料，將這些原料混合均勻，研磨一小時，然后加入酒精，研磨一小時； 步驟2:常溫晾干后，將上述混合物裝入剛玉坩堝，并置于HF氣氛的高溫爐內(nèi)煅燒，HF氣氛由NH4HF2分解提供；煅燒溫度為700°C，煅燒時間為6個小時； 步驟3:樣品隨高溫爐自然降到室溫后，將燒結(jié)物破碎至所需粒度，即得到所需產(chǎn)物。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種熒光粉的制備方法，其特征在于:所述方法還包括使用紫外光作為激發(fā)源對材料進行激發(fā)，所述的紫外光波長為315nm ;使用紅外光作為激發(fā)源對材料進行激發(fā)，所述的紅外光波長分別為1165nm，1220nm。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種突光粉的制備方法,其特征在于:所述方法制備的突光粉在紫外光315nm激發(fā)下，發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光；在紅外光1165nm激發(fā)下，發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光；在紅外光1220nm激發(fā)下，發(fā)射出中心波長為700nm的紅光和800nm的紅外光。
7.根據(jù)權利要求4所述的一種突光粉的制備方法,其特征在于:所述方法制備的突光粉能被紫外光和紅外光激發(fā)，得到Tm離子的特征譜線，發(fā)射出紅外、紅、藍三個波段的譜帶。
【文檔編號】C09K11/85GK104371729SQ201410725435
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權日:2014年12月3日
【發(fā)明者】顏曉紅, 陳遠, 劉晴 申請人:南京郵電大學