本發(fā)明專利技術屬于太陽能電池技術領域，特別涉及一種用于太陽能電池中的具有雙轉(zhuǎn)換功能的核殼結構納米材料及其制備方法。其特征在于：所述核殼結構的納米材料是以紅外光激發(fā)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料為核，表面包覆一層紫外光激發(fā)的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的SiO2為殼層；其中所述的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子為稀土摻雜氟化物，下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料由稀土有機配合物構成。本發(fā)明專利技術的目的在于提供用于太陽能電池中的具有雙轉(zhuǎn)換功能的核殼結構納米材料及其制備方法，所述雙轉(zhuǎn)換功能的核殼結構納米材料用于太陽電池中可以提高太陽電池效率。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于太陽能電池
，特別涉及一種用于太陽能電池中的具有雙轉(zhuǎn)換功能的核殼結構納米材料及其制備方法。
技術介紹
隨著社會和經(jīng)濟的高速發(fā)展，人類對能源的需求日益增長。太陽能光伏發(fā)電將會在未來可再生能源領域占有重要的組成部分。太陽能的光譜范圍很寬，根據(jù)實驗測得的太陽輻射光譜分布圖可以發(fā)現(xiàn)，整個太陽光可分為紫外光、可見光和紅外光。然而在現(xiàn)有的太陽能光伏發(fā)電技術中，太陽能電池對太陽光波段的吸收主要集中在可見光部分，紫外、紅外波段不能被充分吸收利用，從而限制了太陽能電池效率的提高。因此，提高太陽能電池效率的途徑之一是如何進一步提高對太陽光的全光譜的利用。稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料通過對材料中敏化劑離子和發(fā)光中心離子進行調(diào)控可以實現(xiàn)將近紅外光轉(zhuǎn)化為可見光。稀土有機配合物含有能夠同稀土離子進行分子內(nèi)能量傳遞并產(chǎn)生熒光的有機配體，有機配體在紫外吸收較強，并能有效地把激發(fā)態(tài)能量通過無輻射躍遷轉(zhuǎn)移給稀土離子，從而敏化稀土離子的可見光發(fā)射，彌補了稀土離子在紫外光區(qū)吸收系數(shù)很小的缺陷，因此可以提高稀土離子的發(fā)光強度。目前大多數(shù)的研究成果都是將上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換的稀土離子摻入到氟化物、氧化物和硫化物中來實現(xiàn)上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換發(fā)光(參考文獻 G.De, ff.Qin, J.Zhang, et al.Bright-green upconversionemission of hexagonal LaF3: Er3+/Yb3+ nanoerystals.Chem.Lett.2005, 34 (7):914-915.)。將下轉(zhuǎn)換稀土離子摻入到稀土有機配合物實現(xiàn)下轉(zhuǎn)換發(fā)光也有報道，但主要應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物標記等領域(參考文獻:A.F Kirby, F.S Richardson, Detailledanalysis of the optical absorption and emission spectra of Eu3+ in the Trigonal(C3) Eu (DMB) 3.H20 system.J.Phys.Chem, 1983，87，2544-2559.)。至少到目前為止，將上轉(zhuǎn)換、下轉(zhuǎn)換發(fā)光集成到同一納米顆粒，并且包埋在無毒環(huán)保、穩(wěn)定性好的直接帶隙的半導體材料SiO2還未見報道。
技術實現(xiàn)思路
專利技術目的:本專利技術提供一種，其目的在于本專利技術的目的在于提供用于太陽能電池中的具有雙轉(zhuǎn)換功能的核殼結構納米材料及其制備方法，所述雙轉(zhuǎn)換功能的核殼結構納米材料用于太陽電池中可以提高太陽電池效率。技術方案:本專利技術是通過以下技術方案實施的: 一種用于太陽能電池中雙轉(zhuǎn)換核殼結構納米材料，其特征在于:所述核殼結構的納米材料是以紅外光激發(fā)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料為核，表面包覆一層紫外光激發(fā)的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的Si02為殼層；其中所述的 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子為稀土摻雜氟化物，下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料由稀土有機配合物構成。所述雙轉(zhuǎn)換功能的核殼結構納米材料通過下法獲得:以乙二醇為溶劑，稀土氯化物和氟化物為反應物制備的稀土摻雜氟化物納米粒子作為內(nèi)核；采用溶膠-凝膠濕化學法將稀土有機配合物包埋在Si02為殼層。所述雙轉(zhuǎn)換功能的核殼結構納米材料通過下法獲得:以乙二醇為溶劑，稀土氯化物和氟化物為反應物制備的稀土摻雜氟化物納米粒子作為內(nèi)核；采用溶膠-凝膠濕化學法將稀土有機配合物包埋在Si02為殼層，核殼的尺寸由制備條件控制； 所述稀土摻雜氟化物納米粒子內(nèi)核所采用的制備方法為:首先制備稀土氯化物的乙二醇儲存溶液:通過將稀土氧化物分別溶解在濃鹽酸中，加熱至去除過量的HCl和水，然后將析出的稀土氯化物粉末溶解在乙二醇中配制成一定濃度的儲存溶液；其次取聚乙烯吡咯烷酮，加入乙二醇攪拌至溶解，然后加入預先配置的一定比例的稀土氯化物溶液A ;最后，將NaF分散在乙二醇中，滴加到溶液A中，常溫下攪拌I小時；將上面的溶液轉(zhuǎn)移到反應釜中，反應溫度為170°C _180°C，置于真空烘箱內(nèi)反應22-24小時；用丙酮沉淀，離心，用去離子水洗滌幾次后于真空干燥箱中干燥可得較純樣品； 稀土有機配合物采用水浴加熱法制備，具體操作如下:將適量的稀土氯化物固體粉末溶解在無水乙醇中，取一定量的第一配體溶解在無水乙醇中，并將其Ph值調(diào)至6-7后，滴入稀土氯化物的無水乙醇中，加熱攪拌0.5-lh;再滴入一定量的第二配體的無水乙醇溶液，調(diào)節(jié)Ph值至6.5-7，加熱攪拌，靜置，抽濾，真空干燥。稀土有機配合物中的稀土離子可以是Eu2+，Eu3+，Tb3+ ;第一配體是:二苯甲酰基甲烷、水楊酸、對苯基苯甲酸，苯甲酸，第二配體可以是:鄰菲羅啉，2-2’-聯(lián)吡啶，三正辛基氧化磷，三苯基氧化磷。在制備過程中溶液的ph值、乙醇量、H2O量、正硅酸乙酯TEOS量來控制殼層厚度。整個核殼結構厚度50-60nm， Si02殼層厚度5— IOnm,核厚度30_50nm。在核殼納米材料制備過程中，溶液的Ph值=6.5—7，正硅酸乙酯TEOS、H2O量、乙醇量的體積比應滿足Vteos:V水:VZJi=1: 3: 20。三元配合物稀土離子對第一配體對第二配體的摩爾比分別為1:3:1。氟化鈉與稀土氯化物的用量應滿足F_/RE3+≥5/1。優(yōu)點及效果:通過本專利技術制備的核殼結構納米材料制備工藝簡單，納米顆粒尺寸較小，可進行大批量成產(chǎn)。我們得到的這種顆粒均勻，發(fā)光較強，集上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換發(fā)光于一身的核殼結構納米材料，集成在太陽能電池中可實現(xiàn)全太陽光譜的利用，提高電池效率。【附圖說明】: 附圖1:雙轉(zhuǎn)換功能的核殼結構納米材料發(fā)光示意圖；附圖 2: (a) NaYF4:20mol% Yb, I mol% Tm 納米晶內(nèi)核；(b) NaYF4:20mol% Yb, I mol% TmiSiO2: Eu (DBM) 3phen 核殼結構納米晶的 XRD 衍射圖樣;附圖 3: (a) NaYF4:20mol% Yb, I mol% Tm 納米晶內(nèi)核； (b) NaYF4:20mol% Yb, I mol% TmiSiO2: Eu (DBM) 3phen 核殼結構納米晶的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜比較，其中激發(fā)波長為980nm ；附圖 4: (a) NaYF4:20mol% Yb, I mol% Tm 納米晶內(nèi)核； (b) NaYF4:20mol% Yb, I mol% Tmi SiO2: Eu (DBM) 3phen 核殼結構納米晶的下轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜比較，其中激發(fā)波長為307nm ； 附圖 5: (a) NaYF4:20mol% Yb, 3 mol% Er 納米晶內(nèi)核； (b) NaYF4:20mol% Yb, 3 mol% Eri SiO2: Tb (SA) 3phen 核殼結構納米晶的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜比較，其中激發(fā)波長為980nm ； 附圖 6: (a) NaYF4:20mol% Yb, 3 mol% Er 納米晶內(nèi)核； (b) NaYF4:2Omol% Yb, 3 mol% Eri SiO2: Tb (SA) 3phen 核殼結構納米晶的下轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜比較，其中激發(fā)波長為307nm。【具體實施方式】: 下面結合具體實施例對本專利技術進行說明: 本專利技術采用溶劑熱法制備稀土摻雜氟化物納米粒子作為內(nèi)核，采用溶膠-凝膠濕化學法將本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種用于太陽能電池中雙轉(zhuǎn)換核殼結構納米材料，其特征在于：所述核殼結構的納米材料是以紅外光激發(fā)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料為核，表面包覆一層紫外光激發(fā)的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的SiO2為殼層；其中所述的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子為稀土摻雜氟化物，下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料由稀土有機配合物構成。
【技術特征摘要】
1.一種用于太陽能電池中雙轉(zhuǎn)換核殼結構納米材料，其特征在于:所述核殼結構的納米材料是以紅外光激發(fā)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料為核，表面包覆一層紫外光激發(fā)的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的Si02為殼層；其中所述的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子為稀土摻雜氟化物，下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料由稀土有機配合物構成。2.根據(jù)權利要求1所述的用于太陽能電池中的核殼結構納米材料，其特征在于:所述雙轉(zhuǎn)換功能的核殼結構納米材料通過下法獲得:以乙二醇為溶劑，稀土氯化物和氟化物為反應物制備的稀土摻雜氟化物納米粒子作為內(nèi)核；采用溶膠-凝膠濕化學法將稀土有機配合物包埋在Si02為殼層。3.—種如權利要求1所述的用于太陽能電池中雙轉(zhuǎn)換核殼結構納米材料的制備方法，其特征在于:所述雙轉(zhuǎn)換功能的核殼結構納米材料通過下法獲得:以乙二醇為溶劑，稀土氯化物和氟化物為反應物制備的稀土摻雜氟化物納米粒子作為內(nèi)核；采用溶膠-凝膠濕化學法將稀土有機配合物包埋在Si02為殼層，核殼的尺寸由制備條件控制； 所述稀土摻雜氟化物納米粒子內(nèi)核所采用的制備方法為:首先制備稀土氯化物的乙二醇儲存溶液:通過將稀土氧化物分別溶解在濃鹽酸中，加熱至去除過量的HCl和水，然后將析出的稀土氯化物粉末溶解在乙二醇中配制成一定濃度的儲存溶液；其次取聚乙烯吡咯烷酮，加入乙二醇攪拌至溶解，然后加入預先配置的一定比例的稀土氯化物溶液A ;最后，將NaF分散在乙二醇中，滴加到溶液A中，常溫下攪拌I小時；將上面的溶液轉(zhuǎn)移到反應釜中，反應溫度為170°C _180°C，置于真空烘箱內(nèi)反應22-24小時；用丙酮沉淀，離心，用去離子水洗滌幾次后于真空干燥箱中干燥可得較純樣品； 稀土有機配合物...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：權善玉，代穎，劉聰，張旭東，劉忠菊，
申請(專利權)人：沈陽工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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