2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-efficiency up-conversion oxide phosphor material and the analysis of its light-emitting mechanism
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20K05065
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
山本 知之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40298196)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 蛍光体 / 先端分析 / 第一原理計算 / 太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，吸収した光をより高いエネルギーの光に変換して放出するアップコンバージョン現象に着目し，近赤外光を可視光に変換して太陽電池発電に寄与できるようにすることを目指した高効率・高耐久のアップコンバージョン型蛍光体の創製と，希土類元素を添加した酸化物におけるアップコンバージョン機構の解明を目指している．
本年度は，これまでに進めてきたペロブスカイト型構造の酸化物にEr，Yb等を添加したアップコンバージョン型蛍光体の高発光強度化を試み，その中でアルカリ金属イオンを添加することにより発光強度が3倍程度まで増大する系を見出すことができた．このようなアルカリ金属イオンの共添加による発光強度の増大のメカニズムを検討するために，アルカリ金属イオンの種類と量を変化させた物質を固相反応法を用いて網羅的に合成し，以下に示すような解析を行った．１）粉末X線回折実験による結晶構造解析，２）紫外可視分光光度計を用いた拡散反射スペクトル測定を通した電子状態解析，３）第一原理計算を用いた添加希土類元素の局所環境解析，アルカリ金属添加による局所構造および電子状態の変化に関する検討，４）焼成時の反応過程については，熱重量及び示差熱分析による解析．これらの解析結果を集約し，適切な共添加すべきアルカリ金属イオンの種類と量について最適化を行った．
本研究課題の実施期間を通して，高効率・高耐久のアップコンバージョン蛍光体の創製を目指して，ペロブスカイト，シェーライト構造等の種々のマトリックス酸化物にEr, Yb等の希土類元素を添加した物質の合成を網羅的に進め，先端分析と第一原理計算による解析から，一部の物質においてアルカリ金属イオン共添加による高発光効率化に成功した．
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