上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。
【背景技術(shù)】
[0002]在化石燃料日趨減少的情況下，太陽(yáng)能作為一種可再生能源，是真正意義上的環(huán)保潔凈能源，對(duì)環(huán)境很友好實(shí)現(xiàn)了溫室氣體的零排放。太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。雖然太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)有很多，如:充電較快速，壽命長(zhǎng)5倍以上，充電溫度范圍較廣等。但是太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低，1883年第一塊太陽(yáng)電池由Charles Fritts制備成功，只有1%的效率，目前單晶娃太陽(yáng)能的光電材料轉(zhuǎn)換效率最高的也才24%。對(duì)于一個(gè)太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，造成其轉(zhuǎn)換效率低的原因主要是太陽(yáng)能電池主要利用波長(zhǎng)為400nm-790nm的光，即利用可見光，大約占到了 85%，對(duì)于紅外光而言，轉(zhuǎn)換效率很低。所以人們一直都在研宄怎么才能提高太陽(yáng)能電池的利用效率。通過(guò)研宄發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)摻雜稀土離子，利用上轉(zhuǎn)換把紅外光轉(zhuǎn)化為可見光，從而增加太陽(yáng)能電池的利用效率。
[0003]VO2作為一種很好的上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料，二氧化釩所具有的特性讓其在光器件、電子裝置和光電設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用潛力。摻雜Er3+/Yb3離子的VO2，在980nm的近紅外激光下，VO2能夠發(fā)出很強(qiáng)的綠光，其波長(zhǎng)在515nm?560nm，位于太陽(yáng)能電池吸收波段，上轉(zhuǎn)換技術(shù)將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光，從而提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有太陽(yáng)能電池不能利用紅外光，導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換率低的問(wèn)題，而提供一種Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。
[0005]一種Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料是按以下步驟制備的:
[0006]一、將Er2O3和Yb 203加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65 %?68 %的硝酸中，再在功率為500W?100ff的萬(wàn)用電爐上加熱1min?20min，再加入蒸餾水，得到混合溶液A ；
[0007]步驟一中所述的Er2O3與Yb 203的物質(zhì)的量比為2: (4?10)；
[0008]步驟一中所述的Er2O3的物質(zhì)的量與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%?68%的硝酸的體積比為2mol: (2mL ?10mT,)；
[0009]步驟一中所述的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%?68%的硝酸與蒸餾水的體積比為(2?10):5 ；
[0010]二、將V2O5和草酸溶解到混合溶液A中，再加入蒸餾水，再在攪拌速度為400r/min?600r/min下攪拌2h?4h，得到藍(lán)黑色混合溶液B ；
[0011]步驟二中所述的V2O5與草酸的摩爾比為1: (2?6)；
[0012]步驟二中所述的V2O5的物質(zhì)的量與混合溶液A的體積比為Imol: (5mL?8mL)；
[0013]步驟二中所述的蒸餾水的體積與混合溶液A的體積比為15: (5?8)；
[0014]三、將混合溶液B加入到反應(yīng)釜中，再在溫度為160°C?200°C下反應(yīng)12h?48h，得到反應(yīng)物；使用蒸餾水和酒精分別對(duì)反應(yīng)物清洗3次?5次，再在溫度為60°C?80°C下干燥12h?16h，得到干燥后的反應(yīng)物；
[0015]四、將干燥后的反應(yīng)物加入到管式爐中，再在氮?dú)鈿夥蘸蜔Y(jié)溫度350°C?400°C燒結(jié)Ih?2h，再隨爐冷卻至室溫，得到Er3+和Yb 3+雙摻的VO2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。
[0016]本發(fā)明的原理:
[0017]太陽(yáng)光由約50%的可見光區(qū)(400?760nm)和約43%的紅外光區(qū)(>760nm)，紫外區(qū)很少，只占約7%。目前太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率低的原因是它主要吸收可見光，能占到85%，利用紅外光的效率很低。通過(guò)摻雜稀土離子，在980nm激光的激發(fā)下，通過(guò)上轉(zhuǎn)換能夠?qū)⒓t外光轉(zhuǎn)換為可見光，從而提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率；Er3+摻雜能夠?qū)崿F(xiàn)上轉(zhuǎn)換綠光的發(fā)射，Er3+離子由于其豐富的能級(jí)和較高的猝滅濃度而成為現(xiàn)在最受研宄人員追捧的稀土離子；Yb3+離子由于其簡(jiǎn)單的能級(jí)結(jié)構(gòu)在980nm波長(zhǎng)附近有寬的吸收波段和大的吸收截面，且Yb3+離子的發(fā)射與Er3+離子的吸收在光譜上存在著很大程度的重疊，使得Yb3+離子到Er3+離子間有較高的能量傳遞效率，從而大大提高Er 3+離子對(duì)980nm激發(fā)光的吸收而增強(qiáng)Er3+離子綠光的上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0019]—、本發(fā)明利用水熱法制備Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2納米材料的實(shí)驗(yàn)原料低廉且易得，實(shí)驗(yàn)條件很溫和，實(shí)驗(yàn)步驟較少；
[0020]二、本發(fā)明制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2納米材料在980nm激光的激發(fā)下，能夠?qū)⒓t外光轉(zhuǎn)化為單色可見綠光，且強(qiáng)度很強(qiáng)；
[0021]三、本發(fā)明制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2納米材料在980nm激光的激發(fā)下，能夠?qū)⒓t外光轉(zhuǎn)換為可見光，提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率；
[0022]四、本發(fā)明制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在530nm和550nm處都有光發(fā)射；530nm和550nm處的光發(fā)射為可見區(qū)的綠光發(fā)射，對(duì)應(yīng)于Er3+離子的2H11/2/4S3/2— 4115/2能級(jí)躍迀；
[0023]五、本發(fā)明制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料為納米片，且片的厚度為20nm?50nm，是一種納米材料。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為實(shí)施例一制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的XRD譜圖；
[0025]圖2為上轉(zhuǎn)換發(fā)光譜圖，圖2中I為實(shí)施例一制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的的發(fā)光曲線，2為實(shí)施二制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO2I轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的的發(fā)光曲線，3為實(shí)施例三制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的的發(fā)光曲線；
[0026]圖3為實(shí)施三制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2放大60000倍的SEM圖；
[0027]圖4為實(shí)施三制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2放大100000倍的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式是一種Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料是按以下步驟制備的:
[0029]一種Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料是按以下步驟制備的:
[0030]一、將Er2O3和Yb 203加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65 %?68 %的硝酸中，再在功率為500W?100ff的萬(wàn)用電爐上加熱1min?20min，再加入蒸餾水，得到混合溶液A ；
[0031]步驟一中所述的Er2O3與Yb 203的物質(zhì)的量比為2: (4?10)；
[0032]步驟一中所述的Er2O3的物質(zhì)的量與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%?68%的硝酸的體積比為2mol: (2mL ?10mT,)；
[0033]步驟一中所述的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%?68%的硝酸與蒸餾水的體積比為(2?10):5 ；
[0034]二、將V2O5和草酸溶解到混合溶液A中，再加入蒸餾水，再在攪拌速度為400r/min?600r/min下攪拌2h?4h，得到藍(lán)黑色混合溶液B ；
[0035]步驟二中所述的V2O5與草酸的摩爾比為1: (2?6)；
[0036]步驟二中所述的V2O5的物質(zhì)的量與混合溶液A的體積比為Imol: (5mL?8mL)；
[0037]步驟二中所述的蒸餾水的體積與混合溶液A的體積比為15: (5?8)；
[0038]三、將混合溶液B加入到反應(yīng)釜中，再在溫度為160°C?200°C下反應(yīng)12h?48h，得到反應(yīng)物；使用蒸餾水和酒精分別對(duì)反應(yīng)物清洗3次?5次，再在溫度為60°C?80°C下干燥12h?16h，得到干燥后的反應(yīng)物；
[0039]四、將干燥后的反應(yīng)物加入到管式爐中，再在氮?dú)鈿夥蘸蜔Y(jié)溫度350°C?400°C燒結(jié)Ih?2h，再隨爐冷卻至室溫，得到Er3+和Yb 3+雙摻的VO2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。
[0040]本實(shí)施方式制備的Er3+和Yb3+雙摻的VO2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在980nm激光的激發(fā)下，能夠?qū)⒓t外光轉(zhuǎn)化為單色可見綠光，在980nm激光的激發(fā)下，能夠?qū)⒓t外光轉(zhuǎn)換為可見光；
[0041]本實(shí)施方式制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的波長(zhǎng)范圍為520nm?540nmo
[0042]本實(shí)施方式步驟一中的目的是將Er2O3和Yb 203溶解到硝酸中，從而得到Er 3+和Yb3+;
[0043]本實(shí)施方式步驟二中的目的是將草酸作為還原劑，將V5+還原為V 4+，得到前驅(qū)體VOC2O4;
[0044]本實(shí)施方式步驟三中的目的是利用水熱法合成目標(biāo)產(chǎn)物；
[0045]本實(shí)施方式步驟四中的目的是利用燒結(jié)去掉樣品中殘余的水分，使上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)。
[0046]本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn):
[0047]—、本實(shí)施方式利用水熱法制備Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2納米材料的實(shí)驗(yàn)原料低廉且易得，實(shí)驗(yàn)條件很溫和，實(shí)驗(yàn)步驟較少；
[0048]二、本實(shí)施方式制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2納米材料在980nm激光的激發(fā)下，能夠?qū)⒓t外光轉(zhuǎn)化為單色可見綠光，且強(qiáng)度很強(qiáng)；
[0049]三、本實(shí)施方式制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2納米材料在980nm激光的激發(fā)下，能夠?qū)⒓t外光轉(zhuǎn)換為可見光，提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率；
[0050]四、本實(shí)施方式制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在530nm和550nm處都有光發(fā)射；530nm和550nm處的光發(fā)射為可見區(qū)的綠光發(fā)射，對(duì)應(yīng)于Er3+離子的2H11/2/4S3/2— 4115/2能級(jí)躍迀；
[0051]五、本實(shí)施方式制備的Er3+和Yb 3+雙摻的VO 2上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料為納米片，且片的厚度為20nm?50nm，是一種納米材料。
[0052]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同點(diǎn)是:步驟一中所述的Er2O3與Yb2O3的物質(zhì)的量比為2: (4?7)。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0053]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同點(diǎn)是:步驟一中所述的Er2O3與Yb 203的物質(zhì)的量比為2: (7?10)。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0054]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同點(diǎn)是:步驟一中所述的Er2O3的物質(zhì)的量與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%?68%的硝酸的體積比為2mol: (2mL?6mL)。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0055]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同點(diǎn)是:步驟一中所述的Er2O3的物質(zhì)的量與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%?68%的硝酸的體積比為2mol: (6mL?1mL)。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至四相同。
[0056]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同點(diǎn)是:步驟二中所述的V2O5與草酸的摩爾比為1: (2?4)。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至五相同。
[0057]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同點(diǎn)是:步驟二中所述的V2O5與草酸的摩爾比為1: (4?6)。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至六相同。
[0058]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同點(diǎn)是:步驟二中所述的V2O5的物質(zhì)的量與混合溶液A的體積比為Imol:5mL。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至七相同。
[0059]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至八之一不同點(diǎn)是:步驟四中將干燥后的反應(yīng)物加入到管式爐中，再在氮?dú)鈿夥蘸蜔Y(jié)溫度350°C燒結(jié)2h，再隨爐冷卻至室溫，得到E