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2010 Fiscal Year Annual Research Report

高効率太陽光発電のための量子効率200%近赤外発光材料の開発

Research Project

Project/Area Number 21655076
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

田部 勢津久  京都大学, 大学院・人間・環境学研究科, 教授 (20222119)

Keywords量子切断 / 蛍光体 / 太陽光発電 / イッテルビウム / 希土類 / 近赤外光 / エネルギー移動 / 光子
Research Abstract

量子収率100%を超えて可視光を1μm赤外光へ変換する可能性のある材料として、Pr^<3+>-Yb^<3+>系共添加透明試料の光物性を調査した。吸収スペクトルと励起スペクトルの比較により、Pr^<3+>の^3Po準位に緩和する440~490nm励起によるYb^<3+>励起効率が^1D_2準位励起のおよそ1.6倍となることを見出し、量子切断現象の証拠を得た。Pr^<3+>とYb^<3+>間のエネルギー移動についてさらに詳細な議論をするため、発光スペクトルの温度依存性、Pr^<3+>およびYb^<3+>発光の量子収率測定を行った。
まず、32SrF_2-0.1PrF_3-xYbF_3-(3-x)GdF_3-42SiO_2-23Al_2O_3(x=0,1.0,1.5,2.0,2.9)のオキシフロライド組成でガラス試料を溶融急冷法によって作製した。得られたガラス試料について、440nmLD励起による発光スペクトルの測定、積分球を用いた量子収率測定を行った。低温での発光スペクトルはクライオスタット内に試料を設置し、450~1200nmの範囲で測定した。全波長領域の発光の量子収率は、室温においてPr^<3+>単独ドープ試料で最も高い38%となり、Pr^<3+>-Yb^<3+>共ドープ試料ではYb^<3+>添加濃度が上がるほど低下した。一方、全体の発光フォトン数に占める1μm発光の割合はYb^<3+>添加濃度が上がるほど増加した。これらの結果より、Yb^<3+>濃度の増加によりエネルギー移動効率は増加するが、Yb^<3+>:^2F_<5/2>からPr^<3+>:^1G_4へのバックトランスファー、Pr^<3+>:^1G_4準位からの多フォノン緩和による損失が起こっていると考えられる。積分球測定と発光スペクトルの温度依存性から、吸収フォトン数一定として量子収率の温度依存性を見積もったところ、Yb^<3+>発光の量子収率は、低温になるにつれて増加することを明らかにした。

  • Research Products

    (32 results)

All 2011 2010

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (20 results) Book (3 results)

  • [Journal Article] Near infrared downconversion in Pr^<3+>-Yb^<3+> codoped oxyfluoride glass ceramics2010

    • Author(s)
      Y.Katayama, S.Tanabe
    • Journal Title

      Optical Materials

      Volume: 33[2] Pages: 176-179

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Energy transfer processes in Sr_<3>Tbo_<0.90>Eu_<0.10>(PO4)_<3>2010

    • Author(s)
      M.Bettinelli, A.Speghini, F.Piccinelli, J.Ueda, S.Tanabe
    • Journal Title

      Opical Materials

      Volume: 33[2] Pages: 119-122

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation and Optical Property of Glass Ceramics Containing Ruby Crystals2010

    • Author(s)
      J.Ueda, S.Tanabe
    • Journal Title

      J.Am.Ceram.Soc.

      Volume: 93[10] Pages: 3084-3087

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Construction of photoconductivity measurement system as functions of excitation wavelength and temperature ; application to Eu^<2+>-activated phosphors2010

    • Author(s)
      T.Nakanishi, S.Tanabe
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE-The International Society Opical Engineering

      Volume: 7598 Pages: 759809(6)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication, microstructure and optical properties of Er^<3+> : YAG glass-ceramics2010

    • Author(s)
      S.Fujita, S.Tanabe
    • Journal Title

      Optical Materials

      Volume: 32 Pages: 886-890

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of light scattering on luminous efficacy in Ce : YAG glass-ceramic phosphor2010

    • Author(s)
      S.Fuj ita, Y.Umayahara, S.Tanabe
    • Journal Title

      J.Ceram.Soc.Jpn

      Volume: 118 Pages: 128-131

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spectroscopy and 1μm luminescence by visible quantum cutting in Pr^<3+>-Yb^<3+> codoped glass2010

    • Author(s)
      Y.Katayama, S.Tanabe
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 3[4] Pages: 2405-2411

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 高効率太陽光発電のための可視-近赤外波長変換材料2010

    • Author(s)
      田部勢津久、上田純平
    • Journal Title

      マテリアルインテグレーション

      Volume: 23[1](招待総説) Pages: 34-39

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 白色LED用結晶化ガラス蛍光体の開発2010

    • Author(s)
      田部勢津久
    • Journal Title

      応用物理

      Volume: 79(招待総説) Pages: 54-58

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Ceramic and Glass Ceramic Phosphors for White LED2011

    • Author(s)
      S.Tanabe, S.Nishiura
    • Organizer
      Phosphor Global Summit 2011
    • Place of Presentation
      Westin River Walk Hotel (San Antonio, USA)(招待)
    • Year and Date
      2011-03-24
  • [Presentation] Ce^<3+>添加ガーネットセラミックスの残光特性2011

    • Author(s)
      相島光太郎、上田純平、田部勢津久
    • Organizer
      日本セラミックス協会年会
    • Place of Presentation
      静岡大学(浜松)
    • Year and Date
      2011-03-17
  • [Presentation] Transparent Ce^<3+> : GdYAG Ceramic Phosphors for White LED2011

    • Author(s)
      S.Nishiura, S.Tanabe, K.Fujioka, Y.Fujimoto
    • Organizer
      SPIE Photonics West, OPTO, Conf.7934 : Optical Components and Materials VIII
    • Place of Presentation
      Moscone Convention Center (San Francisco, USA)
    • Year and Date
      2011-01-25
  • [Presentation] Eu^<2+>,Ce^<3+>添加酸窒化物ガラスと多孔質結晶化ガラスの作製とその発光特性2010

    • Author(s)
      阿曽悟郎、西浦聖太郎、田部勢津久
    • Organizer
      第51回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
    • Place of Presentation
      東大駒場キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2010-12-17
  • [Presentation] フローズンソルベ法を用いた残光性SrAl_2O_4結晶化ガラスの作製2010

    • Author(s)
      中西貴之、本間剛、田部勢津久、小松高行
    • Organizer
      第51回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
    • Place of Presentation
      東大駒場キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2010-12-17
  • [Presentation] 量子切断による太陽光発電高効率化2010

    • Author(s)
      田部勢津久
    • Organizer
      日本学術振興会ワイドキャップ半導体光・電子デバイス第162委員会「高効率太陽電池の最前線」
    • Place of Presentation
      サンハトヤ(伊東)(招待)
    • Year and Date
      2010-12-11
  • [Presentation] Optical properties of transparent GdYAG : Ce ceramics2010

    • Author(s)
      S.Tanabe, S.Nishiura
    • Organizer
      6th International Symposium on Transparent Ceramics for Photonic Applications
    • Place of Presentation
      Factory Hotel(Muenster, Germany)(招待)
    • Year and Date
      2010-12-07
  • [Presentation] Preparation and Optical Properties of Transparent Ce^<3+> : GdYAG Ceramic Phosphors for White LED2010

    • Author(s)
      S.Nishiura, S.Tanabe, K.Fujioka, Y.Fujimoto
    • Organizer
      3rd International Congress on Ceramics (ICC2010)
    • Place of Presentation
      大阪国際会議場(大阪)
    • Year and Date
      2010-11-17
  • [Presentation] Afterglow characterization of CaTiO_3 : Pr^<3+> prepared by solar furnace2010

    • Author(s)
      Y.Katayama, S.Tanabe
    • Organizer
      3rd International Congress on Ceramics (ICC2010)
    • Place of Presentation
      大阪国際会議場(大阪)
    • Year and Date
      2010-11-17
  • [Presentation] Preparation and Optical Property of Glass Ceramics Containing Ruby Crystals2010

    • Author(s)
      J.Ueda, S.Tanabe
    • Organizer
      3rd International Congress on Ceramics (ICC2010)
    • Place of Presentation
      大阪国際会議場(大阪)
    • Year and Date
      2010-11-16
  • [Presentation] Spectral Modification from Yb^<3+> Doped ZnO with Li^+ Addition for Silicon Solar Cell2010

    • Author(s)
      S.Ye, S.Tanabe, J-R.Qiu
    • Organizer
      3rd International Congress on Ceramics (ICC2010)
    • Place of Presentation
      大阪国際会議揚(大阪)
    • Year and Date
      2010-11-16
  • [Presentation] Ceramic and glass ceramic phosphors for green technology2010

    • Author(s)
      S.Tanabe
    • Organizer
      Phosphor Safari 2010
    • Place of Presentation
      Sungkyunkwang大学(Suwon, Korea)(招待)
    • Year and Date
      2010-11-10
  • [Presentation] 希土類波長変換蛍光体におけるエネルギー伝達2010

    • Author(s)
      田部勢津久
    • Organizer
      第6回励起ナノプロセス研究会「光電子材料に関す る励起ナノプロセス」(応用物理学会)
    • Place of Presentation
      ビッグアイ国際障害者交流センタ(堺)(招待)
    • Year and Date
      2010-11-02
  • [Presentation] 希土類含有ガラス2010

    • Author(s)
      田部勢津久
    • Organizer
      ニューガラス大学院(ニューガラスフォーラム)
    • Place of Presentation
      笹川記念館(東京)(招待)
    • Year and Date
      2010-10-21
  • [Presentation] 量子切断波長変換による太陽光発電高効率化2010

    • Author(s)
      田部勢津久
    • Organizer
      NGFガラス科学研究会第2回セミナー「光の有効利用-太陽電池への展開-」
    • Place of Presentation
      ニューガラスフォーラム(東京)(招待)
    • Year and Date
      2010-10-05
  • [Presentation] Active glass and ceramic materials for green photonics2010

    • Author(s)
      S.Tanabe
    • Organizer
      32nd International Congress on Glass (ICG 2010)
    • Place of Presentation
      Pestana Hotel(Salvador, Brazil)(招待)
    • Year and Date
      2010-09-22
  • [Presentation] 白色LED用透光性Ce^<3+>:GdYAGセラミックス蛍光体材料の作製と光物性の評価2010

    • Author(s)
      西浦聖太郎、田部勢津久、 藤岡加奈、藤本靖
    • Organizer
      応用物理学会連合講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学(長崎)
    • Year and Date
      2010-09-16
  • [Presentation] Downconversion materials for efficient photovoltaic generation2010

    • Author(s)
      S.Tanabe
    • Organizer
      International Symposium on Nonoxide Glasses (ISNOG 2010)
    • Place of Presentation
      Marriot Hotel(Ningbo, China)(招待)
    • Year and Date
      2010-06-15
  • [Presentation] Down Conversion Luminescence of Tb^<3+>-Yb^<3+> Codoped SrF_2 Precipitated Glass Ceramics2010

    • Author(s)
      S.Ye, Y.Katayama, S.Tanabe
    • Organizer
      International Symposium on Nonoxide Glasses (ISNOG 2010)
    • Place of Presentation
      Marriot Hotel(Ningbo, China)
    • Year and Date
      2010-06-15
  • [Presentation] 希土類ドープ量子切断発光材料の光物性と太陽光発電への応用2010

    • Author(s)
      田部勢津久・上田純平, 片山裕美子
    • Organizer
      第27回希土類討論会
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場(北九州)
    • Year and Date
      2010-05-27
  • [Book] Optically Amplified WDM Networks"Chapter 5 : Dynamic and static gain changes ofoptical amplifiers at ROADM nodes (ed.by A.Srivastava, and J.Zyskind)2011

    • Author(s)
      E.Ishikawa, S.Tanabe, M.Nishihara, Y.Akasaka
    • Total Pages
      464
    • Publisher
      Elsevier
  • [Book] セラミックス機能化ハンドブック第2編 第1章、第1節"白色LED用途の結晶化ガラス蛍光体"2011

    • Author(s)
      中西貴之, 田部勢津久
    • Total Pages
      593
    • Publisher
      NTS出版
  • [Book] LED照明の高効率化プロセス・材料技術と応用展開2010

    • Author(s)
      田部勢津久, 中西貴之
    • Total Pages
      478
    • Publisher
      サイエンス&テクノロジー

URL: 

Published: 2012-07-19  

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