[发明专利]一种利用银纳米柱阵列结构增强近红外量子剪裁的方法

说明书

本发明涉及稀土发光技术领域，具体涉及一种利用银纳米柱阵列结构增强稀土掺杂氟化物纳米颗粒近红外量子剪裁的方法，首先，通过无电沉积法在AAO模板上生长大面积、高度有序、间隙大小可控的银纳米柱阵列结构，再通过旋涂法将稀土掺杂氟化物纳米颗粒旋涂在银纳米柱阵列上，利用相邻两个银纳米柱之间相互耦合产生的增强的局域电场，实现了对稀土掺杂氟化物纳米颗粒近红外量子剪裁发光的有效增强。本发明的制备工艺简单、操作方便、成本较低，能够提供一种高效的太阳能电池光转换片，提高太阳能电池的光电转换效率，适宜推广。

技术领域

本发明涉及稀土发光技术领域，具体是制备了一种大面积、高度有序、间隙大小可控的银纳米柱阵列结构，通过相邻银纳米柱之间相互耦合所产生的局域电场，实现对稀土掺杂氟化物纳米颗粒近红外量子剪裁发光有效增强的方法。

背景技术

太阳能电池是一种很有前途的绿色和可再生能源，优点是不需要化石燃料，也不产生污染。然而，太阳能电池有一种固有的光电转换效率限制，这是由于光谱不匹配造成的，因为只有与太阳能电池的带隙能量接近的光子才能有效地被吸收。为了提高太阳能电池的光电转换效率，科研人员在近红外量子剪裁发光领域进行了大量研究。

近红外量子剪裁是材料吸收一个紫外可见光子，发射两个或更多的近红外光子的发光现象。利用近红外量子剪裁材料做成的光转换片放置在太阳能电池上，理论上可将其最高光电转换效率从18%提高到38.6%。然而，由于敏化稀土离子的能级跃迁属于4f-4f跃迁，这种跃迁的光谱呈窄线状、谱线强度较低，这将导致近红外量子剪裁材料发光效率低，限制了其作为太阳能电池光转换片的应用前景。

本发明制备了大面积、高度有序、间隙大小可控的银纳米柱阵列结构，利用相邻银纳米柱之间相互耦合产生增强的局域电场，实现对稀土掺杂氟化物纳米颗粒的近红外量子剪裁发光有效增强，该发明有望提供一种高效的太阳能电池光转换片，进一步提高太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是制备一种大面积、高度有序、间隙大小可控的银纳米柱阵列结构。

本发明所要解决的第二个技术问题是利用相邻的银纳米柱之间相互耦合产生的增强的局域电场，实现对稀土掺杂氟化物纳米颗粒近红外量子剪裁发光的增强。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的方案为：

步骤S11：将通过两步阳极氧化的方法制备的阳极氧化铝模板（AAO）浸泡在1M氢氧化钠溶液中，进行扩孔处理。扩孔处理的时间分别为20s, 35s和50s,得到孔径分别为60nm，75nm和90nm，对应的AAO模板的孔壁厚度分别为40nm，25nm和10nm。

步骤S12：将步骤S11得到的AAO模板通过无电沉积法在孔隙中生长银纳米柱阵列。在50 ml 聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将不同孔径的AAO模板被浸泡在15ml 1M硝酸银溶液中，60℃反应12h，得到了大面积、高度有序、间隙大小可控的银纳米柱阵列（银纳米柱阵列间隙大小分别为40nm、25 nm和10nm）。

优选地，上述步骤S11中AAO模板的具体制备过程为：

（1）退火

将高纯铝箔（99.99%）置于管式炉中，在氮气保护下450~550℃退火3~4h，去除表面应力；

（2）清洗

用丙酮和酒精超声清洗4~6min，去除表面油污；

（3）抛光

采用高氯酸和乙醇（体积比为1:8~1:10）溶液作为抛光液，将铝箔在电流为0.5~0.7A抛光1.5~2.5min；

（4）第一次氧化