[发明专利]一种亚铜激活的荧光玻璃及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种亚铜激活的荧光玻璃及其制备方法和应用。其组成按摩尔百分比为：SiO₂ 40～66％，Al₂O₃ 5～20％，MO 15～45％，R₂O 0.1～15％，PO 0.01～30％，还原剂0.01～5％，掺杂物0.001～5％。本发明制备的亚铜激活荧光玻璃在波长为280nm～400nm的紫外光波激发下发出绿光到黄光到橙光，峰值在480nm～640nm之间，其最佳发射波长在360nm附近，发射峰位于580nm附近。该玻璃可作为荧光太阳能聚光器的光转换材料，将紫外光转换为可被太阳能电池吸收的可见光。

技术领域

本发明材料技术领域，具体涉及一种亚铜激活的荧光玻璃材料及其制备方法和应用。

背景技术

荧光太阳能聚光器(Luminescent solar concentrator，简称LSC)是一种基于光谱转换的新型太阳能聚光器件，近年来受到广泛关注。首先，制备嵌有荧光中心的有机或无机波导材料，并利用其中荧光中心对太阳光谱中紫外光或可见光的宽带吸收，通过斯托克斯位移发射出比吸收能量略小、波长位置更长的可见或近红外荧光；然后，发射出的可见或近红外荧光能够在全反射条件下被束缚在波导中传输，从侧面溢出形成聚光；最后，放置在侧面的、能带与发射光匹配的光伏电池将聚集的荧光高效率地转换成电流，实现高倍聚光太阳能发电。其显著有益效果是能提高单位面积太阳能电池的光电转换效率，从而降低相同光电转换效率时光伏组件的总体成本。

目前，LSC技术仍未能达到令人满意的集光效果和光电转换效率。传统LSC器件存在以下两个方面的不足：(1)荧光量子效率低，因荧光中心的吸收光谱太窄、或吸收系数低、或荧光再吸收效应严重，造成荧光量子效率较低；(2)“逃逸椎”荧光溢出，因波导材料的折射率n1不高，其“逃逸椎”的角度较大，聚光容易进入“逃逸椎”并从波导材料中溢出，造成实际聚光效果远低于理论聚光效果。

此外，出于LSC材料制作成本和荧光中心分散工艺的考虑，现有技术中主要采用高分子聚合物作为波导材料。如CN105223633A专利文件提出了荧光物质为铜铟硫量子点材料，光波导材料为高分子聚合物的荧光聚光器及其制备方法。CN109244183A专利文件提出将量子点与聚合物溶液混合涂敷在光波导载体表面，形成量子点薄膜聚光器。因此，其LSC材料的稳定性不高且使用寿命远低于太阳电池的使用寿命。

发明内容

针对技术现状，本发明目的在于提供一种亚铜激活的荧光玻璃作为LSC材料，具有吸收光谱宽、荧光再吸收效应不明显、量子效率高的特点，且来源广泛，成本低廉。并且本发明提供的荧光玻璃折射率不小于1.60，所形成的“逃逸椎”角度较小，能够显著减少聚光从波导材料中溢出，明显提升其实际聚光效果。此外，相比于有机材料，本发明硅酸盐玻璃基质还具有稳定性优异和使用寿命长的特点。本发明同时提供了上述材料的制备方法和应用。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种亚铜激活的荧光玻璃，其组成按摩尔百分比为：

SiO₂40～66％，Al₂O₃5～20％，MO15～45％，R₂O0.1～15％，PO0.01～30％，还原剂0.01～5％，掺杂物0.001～5％；

其中，所述MO为氧化镁、碳酸镁、碱式碳酸镁、氧化钙、碳酸钙、氧化锶、碳酸锶中的任意一种或混合；

所述R₂O为氧化锂、碳酸锂、氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的任意一种或混合；

所述PO为氧化锗、氧化镧、氧化钇、氧化钛中的任意一种或混合。

按上述方案，所述还原剂为SiC、Si₃N₄、AlN、BN、铝粉中的任意一种或混合。