[发明专利]一种铒离子掺杂铌酸镱材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铒离子掺杂铌酸镱材料及其制备方法和应用。所述铒离子掺杂铌酸镱材料的化学通式为YbNbO₃:xEr³⁺，其中0.5≤x≤2.2。本发明采用溶剂热反应将饵离子掺杂进入基质铌酸镱晶格中得到一种上转换发光材料铒离子掺杂铌酸镱材料，其中以铌酸镱为基质材料，铒离子作为发光中心，本发明制备方法简单；针对太阳能电池半导体材料能隙的限制，本发明制备的铒离子掺杂铌酸镱材料将利用铒离子上转换技术同时将980nm和1550nm波段近红外光转换为可被太阳能电池吸收的可见光，均能产生510~570nm和640~680nm波段上转换荧光，从而提高电池的光电转换效率可应用于太阳能电池领域、医学、光催化和防伪领域。

技术领域

本发明涉及光学材料技术领域，更具体地，涉及一种铒离子掺杂铌酸镱材料及其制备方法。

背景技术

铌酸镱是一种ABO₄三元氧化物，具备良好的热化学性能、对环境无污染、高介电常数、低声子频率、光弹性和非线性光学等优点，可应用于太阳能电池、阴极射线管、荧光灯和固体激光器等光学器件。稀土铌酸盐具有两种晶体结构，一种是在低温下的单斜晶相，另一种是高温下形成的白钨矿结构的四方相。稀土铌酸盐晶格中拥有自激活发光中心的NbO₄^3-基团，通过激发可以在紫外区域获得很强的蓝光。目前，对稀土铌酸盐的研究以大多涉及镧、鑥、钆和钇(Y)等，对稀土掺杂铌酸镱上转换发光材料仍未见报道，且对铌酸镱的应用也仅局限于薄膜领域。

太阳能光伏发电的研究和发展是当今国际社会共同关注的研究热点，可成为解决传统化石能源面临的储量枯竭及对环境严重污染的有效途径之一。然而，由于半导体材料自身能隙的限制，近红外波段太阳光不能被太阳能电池吸收和利用，而是作为无用的热能浪费掉了，这就限制了太阳能电池的光-电转换效率。因此，利用铒离子掺杂铌酸镱材料中铒离子上转换技术扩展太阳能电池的光谱响应范围，高效率的吸收和利用太阳光，从而提高电池光电转换效率成为太阳能电池研究领域中迫切需要解决的问题。

基于此，有必要提供一种稀土掺杂铌酸镱上转换发光材料，并实现利用该材料同时将980nm和1550nm光转换可被太阳能电池吸收的可见光。

发明内容

本发明的首要目的是克服上述现有技术中稀土铌酸盐材料的缺陷和不足，提供一种铒离子掺杂铌酸镱材料。所述铒离子掺杂铌酸镱材料以铌酸镱为基质，稀土铒离子为发光中心，该材料可以同时将980nm和1550nm波长激光上转换为可见光，其发光中心分别为，位于510~570nm波段上转换绿光和645~685nm波段红光。

本发明的另一目的是提供一种铒离子掺杂铌酸镱材料的制备方法。

本发明的又一目的是提供一种所述铒离子掺杂铌酸镱材料在太阳能电池领域的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种铒离子掺杂铌酸镱材料，其化学通式为YbNbO₃: xEr³⁺，其中0.5≤x≤2.2。

相比于现有技术中的稀土铌酸盐材料，本发明的铒离子掺杂铌酸镱材料首次以铌酸镱即作为基质材料的同时又作为敏化剂，所制备的样品在980nm和1550nm激光激发下均可发出上转换荧光。

优选地，所述铒离子掺杂铌酸镱材料的化学式为YbNbO₃: 2Er³⁺。

一种铒离子掺杂铌酸镱材料的制备方法，包括以下步骤：

S1. 将铒源和镱源溶解于水中，加入乙二醇，得混合溶液；

S2. 将铌源和锂源加入到上述S1混合溶液中，于260~270℃下反应12~24h，分离，干燥，于900~1050℃下煅烧0.5~2h，得到铒离子掺杂铌酸镱材料。