[发明专利]用于太阳能电池中双转换核壳结构纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种用于太阳能电池中的具有双转换功能的核壳结构纳米材料及其制备方法。

背景技术

随着社会和经济的高速发展，人类对能源的需求日益增长。太阳能光伏发电将会在未来可再生能源领域占有重要的组成部分。太阳能的光谱范围很宽，根据实验测得的太阳辐射光谱分布图可以发现，整个太阳光可分为紫外光、可见光和红外光。然而在现有的太阳能光伏发电技术中，太阳能电池对太阳光波段的吸收主要集中在可见光部分，紫外、红外波段不能被充分吸收利用，从而限制了太阳能电池效率的提高。因此，提高太阳能电池效率的途径之一是如何进一步提高对太阳光的全光谱的利用。

稀土掺杂的上转换发光纳米材料通过对材料中敏化剂离子和发光中心离子进行调控可以实现将近红外光转化为可见光。稀土有机配合物含有能够同稀土离子进行分子内能量传递并产生荧光的有机配体，有机配体在紫外吸收较强,并能有效地把激发态能量通过无辐射跃迁转移给稀土离子,从而敏化稀土离子的可见光发射,弥补了稀土离子在紫外光区吸收系数很小的缺陷, 因此可以提高稀土离子的发光强度。目前大多数的研究成果都是将上转换和下转换的稀土离子掺入到氟化物、氧化物和硫化物中来实现上转换和下转换发光（参考文献G. De, W. Qin, J. Zhang, et al. Bright-green upconversion emission of hexagonal LaF3: Er³⁺/Yb³⁺ nanoerystals. Chem. Lett. 2005, 34 (7): 914-915.）。将下转换稀土离子掺入到稀土有机配合物实现下转换发光也有报道，但主要应用于工业、农业、生物标记等领域（参考文献：A.F Kirby, F.S Richardson, Detailled analysis of the optical absorption and emission spectra of Eu³⁺ in the Trigonal (C3) Eu (DMB) _3.H2O system. J. Phys.Chem, 1983, 87, 2544-2559.）。至少到目前为止，将上转换、下转换发光集成到同一纳米颗粒，并且包埋在无毒环保、稳定性好的直接带隙的半导体材料SiO₂还未见报道。

发明内容

发明目的：本发明提供一种用于太阳能电池中双转换核壳结构纳米材料及其制备方法，其目的在于本发明的目的在于提供用于太阳能电池中的具有双转换功能的核壳结构纳米材料及其制备方法，所述双转换功能的核壳结构纳米材料用于太阳电池中可以提高太阳电池效率。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实施的：

一种用于太阳能电池中双转换核壳结构纳米材料，其特征在于：所述核壳结构的纳米材料是以红外光激发的上转换发光材料为核，表面包覆一层紫外光激发的下转换发光材料的SiO2为壳层；其中所述的上转换发光纳米粒子为稀土掺杂氟化物，下转换发光材料由稀土有机配合物构成。

所述双转换功能的核壳结构纳米材料通过下法获得：以乙二醇为溶剂，稀土氯化物和氟化物为反应物制备的稀土掺杂氟化物纳米粒子作为内核；采用溶胶-凝胶湿化学法将稀土有机配合物包埋在SiO2为壳层。

所述双转换功能的核壳结构纳米材料通过下法获得：以乙二醇为溶剂，稀土氯化物和氟化物为反应物制备的稀土掺杂氟化物纳米粒子作为内核；采用溶胶-凝胶湿化学法将稀土有机配合物包埋在SiO2为壳层，核壳的尺寸由制备条件控制；

所述稀土掺杂氟化物纳米粒子内核所采用的制备方法为：首先制备稀土氯化物的乙二醇储存溶液: 通过将稀土氧化物分别溶解在浓盐酸中，加热至去除过量的HCl和水，然后将析出的稀土氯化物粉末溶解在乙二醇中配制成一定浓度的储存溶液；其次取聚乙烯吡咯烷酮, 加入乙二醇搅拌至溶解，然后加入预先配置的一定比例的稀土氯化物溶液A；最后，将NaF分散在乙二醇中，滴加到溶液A中，常温下搅拌1小时；将上面的溶液转移到反应釜中，反应温度为170℃-180℃，置于真空烘箱内反应22-24小时；用丙酮沉淀，离心，用去离子水洗涤几次后于真空干燥箱中干燥可得较纯样品；