[发明专利]一种三氟醋酸盐溶液制备稀土金属氟化物REF3薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学薄膜材料、显示器材料，太阳能器件材料的制备技术，具体的说是涉及一种三氟醋酸盐溶液制备稀土金属氟化物REF₃薄膜的方法。 

背景技术

红外变可见上转换材料是一种能将看不见的红外光变成可见光的新型光学功能材料, 因能将几个红外光子“ 合并” 成一个可见光子, 所以也称为多光子材料。这种反斯托克斯效应具有重要的理论和实用意义, 自1966年Auzel提出后就引起人们的重视, 近年来为发展上转换激光器和寻求新的上转换效应, 已有许多报道。目前所提供的上转换材料片, 通常是将上转换粉末涂在铝片或玻璃片上, 铝片不透光限制了它的应用, 而玻璃片易碎和涂层易于脱落, 为此将上转换材料粉末与有机物共混, 制成透明度较好的薄膜，以利应用。 

这种薄膜形态的上转换薄膜在诸多领域都有应用。其独特的发光性能, 使上转换荧光材料在红外探测、固体激光器、三维立体演示和光存储、光学信息处理等很多领域都有着重要的应用。但这些应用都必须制作成薄膜形态才有利用价值。 

更重要的是，上转换薄膜在太阳能电池领域也有应用价值。太阳能电池材料的较低的光电转换效率成为其大规模应用的瓶颈之一。将上转换薄膜与太阳能电池晶片合成一起，通过980 nm 的光激发，可以提高太阳能电池的转换效率。目前的上转换材料大都制作成粉体材料，由于粉体的工艺与太阳能电池工艺不兼容，于是人们考虑将其薄膜化。如果所制备的薄膜能够实现上下转换的能量传递，把较高频和较低频的光同时转化为适当的中频光，将显著提高非晶硅太阳能电池的光电转换效率，是一项具有科学意义和技术价值的值得探索的工作。 

   目前，制备上转换氟化物薄膜有多种方法，如离子束辅助沉积、激光脉冲沉积、磁控溅射技术、电子束蒸发技术、溶胶-凝胶技术等。在薄膜制备方面，上述技术在制备氧化物上转换薄膜方面已有大量研究报道，技术达到了较成熟的地步。但利用上述的各种镀膜技术制备氟化物的上转换薄膜的方面，受到很大的局限性，目前很少有报道。 

化学溶液法是一种低成本的镀膜方法，且易于控制组分，实现产业化推广等优势。但对于REF₃(RE=Y, Er, Yb等)这一系列的上转换薄膜而言，目前尚未有报道。其原因在于，三氟醋酸盐溶液经涂敷形成胶体薄膜后，往往会剧烈吸收空气中的水蒸气而发生收缩显现，因此很难获得表面质量良好的薄膜。 

发明内容

本发明的目的是提供一种三氟醋酸盐溶液制备REF₃上转换发光薄膜的方法，能够通过对组分的控制，和胶体的控制，获得了具有成膜性好的溶液，并通过热处理气氛控制，获得良好性能的REF₃薄膜，并表现出很好的发光效果。 

本发明所采用的技术方案为：一种三氟醋酸盐溶液制备稀土金属氟化物REF₃薄膜的方法，其特征在于：所述的制备稀土金属氟化物REF₃薄膜的方法包括以下步骤：1）胶体溶液的制备；2）凝胶薄膜的制备；3）凝胶薄膜的气氛热处理； 

所述的具体步骤如下：

所述的步骤1）中胶体溶液的制备是用三氟乙酸作反应物将醋酸钇、醋酸钆、醋酸钕或醋酸钐中的一种，醋酸镱，醋酸铒溶解于乙二醇甲醚或丙酸中形成了性能稳定且成膜性好的胶体溶液；

所述的步骤2）中所述的凝胶薄膜的制备是用所配制的胶体溶液，通过旋涂法或提拉法在基片上获得凝胶薄膜；

所述的步骤3）中凝胶薄膜的气氛热处理是将得到的凝胶薄膜在空气下干燥，在N₂气氛中热处理，即可获得具有良好发光性能的REF₃薄膜。

所述的制备胶体溶液的具体制备过程分为配料、提纯、回溶三步； 

所述的配料是将醋酸钇、醋酸钆、醋酸钕或醋酸钐中的一种，醋酸镱，醋酸铒溶解在蒸馏水中加入三氟乙酸并搅拌澄清，所述的醋酸钇、醋酸钆、醋酸钕或醋酸钐中的一种：醋酸镱：醋酸铒：三氟乙酸：蒸馏水的摩尔比为0.8：0.15：0.05：(3-6) ：(10-50)；

所述的提纯：所述的澄清后的溶液经70-90℃烘干得到胶状物质1，将该胶状物质1溶解在乙醇或甲醇中，再经过50-70℃烘干后，得到提纯的透明的胶状物质2；

所述的回溶：将上述提纯步骤所得到的胶状物质2，最终溶解在乙二醇甲醚或丙酸中，获得所需的胶体溶液，所述的胶体溶液中摩尔比为醋酸钇、醋酸钆、醋酸钕或醋酸钐中的一种：醋酸镱：醋酸铒：乙二醇甲醚或丙酸=0.8：0.15：0.05： (20-40)。