| 研究課題/領域番号 |
20H02082
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
村上 陽一 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (80526442)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
2020年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
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| キーワード | 分子熱工学 / 光アップコンバージョン / 熱力学考究に基づく材料創製 / 結晶成長と分子混合の熱力学 / 三重項励起子の輸送現象 / 熱力学と温度制御に基づく材料創製 / 結晶成長の熱力学と速度論 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本課題は，現在太陽電池等の光エネルギー変換に利用できない長波長光を，利用可能なより短波長な光に変換する光アップコンバージョン（UC）に関する．この材料では，長波長光を吸収して励起状態を作る「増感分子」と，短波長シフトした光を発する「発光分子」とを分子レベルで安定混合させる必要があり，それが課題となっている．本研究では，分子熱工学の観点から，熱力学および速度論への考究に基づき，安定かつ高効率なUC材料を創製するとともに，その基盤学術の構築を行う．
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| 研究成果の概要 |
光触媒や太陽電池を含む光エネルギー変換では材料の閾値波長より長波長側の光は原理的に利用できず、これが変換効率を根本的に制限している。本研究は未利用な長波長側の光を利用可能なより短波長の光に変換する光アップコンバージョン(UC)に関する。従来のUC材料の大半は有機溶媒溶液で可燃性・揮発性・蒸気毒性があり応用には程遠かった。また、酸素分子の存在下で使用できず、低効率で、高強度な入射光が必要だった。本成果はこれらの問題を一挙に解決し、熱力学的駆動力により形成する二成分固溶体結晶の新概念創出により、固体、空気中で使用可能、太陽光強度よりも低強度の照射光で高効率にUCを行う革命的な結晶材料系を創出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
上述のように、未利用な太陽光の長波長部分を利用可能なより短波長光に変換するUCについて従来想像し得なかった革命的な材料系を創出した。学術的には、(i)熱力学的な駆動力により形成される二成分固溶体結晶という独自の新概念を実証したこと、(ii)温度勾配制御を用いて基板上への固溶体多結晶膜生成を実現したこと、(iii)固溶体結晶中では励起子輸送が促進されることを実証したこと、(iv)多数の論文成果を産み出したこと、社会的には、(i)太陽光エネルギーの利用効率の向上を行う現実性のある高性能手段を創出したこと、(ii)国内企業との共同研究開始により社会実装に向けた動きを開始したこと、が意義となっている。
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