| 研究課題/領域番号 |
22K20491
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0401:材料工学、化学工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
北川 裕貴 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (00964892)
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| 研究期間 (年度) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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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 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 蛍光体 / 近赤外光 / 構造相転移 / 遷移金属イオン / 波長制御 / 第一原理計算 / エネルギー移動 / 遷移金属 / 配位構造 / アップコンバージョン発光 / 配位子場エンジニアリング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
広く普及している結晶シリコン太陽電池は，バンドギャップ以下のエネルギーを持つ近赤外光(>1150 nm)を吸収できない。本研究では，近赤外フォトンアップコンバージョン機構を用いた太陽光発電の低透過損失化を目指して，広帯域吸収バンドを持つ高効率Er3+-Ni2+共添加ダブルペロブスカイト蛍光体を開発する。ホスト結晶のカチオン・アニオン置換に起因する構造的・電子状態的な配位子場の変動に伴う発光中心Er3+およびエネルギードナーNi2+の光物性を分光測定によって評価し，局所配位環境とアップコンバージョン特性の相関を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
太陽光発電高効率化に向け，広帯域近赤外吸収を示すNi2+によるEr3+のフォトンアップコンバージョンの増感が検討されている。しかしNi2+の光物性は非経験的に予測することは難しい。本研究では，配位子場エンジニアリングによるNi2+吸収波長の制御と第一原理計算による吸収エネルギー予測に取り組んだ。構造相転移を利用することにより，近赤外吸収波長を最大50nm短波長シフトさせることに成功し，太陽光スペクトルに合致する吸収特性を示すデバイス設計が可能であることを示した。第一原理計算により，母体の結晶構造から種々のNi2+添加蛍光体の吸収波長シフトの傾向をある程度予測可能であることを示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
遷移金属添加蛍光体の光物性は，局所構造に大きく依存する。田辺菅野ダイアグラムと既知材料の物性から経験的にある程度予測可能であるが，局所的に大きく歪んだ材料の場合予測困難であり，また吸収エネルギーを正確に予測することは難しい。本研究成果は，幅広いNIR域で所望の光吸収特性を有する遷移金属蛍光体を非経験的に探索することができる上に，構造相転移を利用することで細かな波長制御も可能であることを示しており，テーラーメイド蛍光体として様々な社会のニーズに応えることができる蛍光体の設計手法を提案するものである。本手法は学術的意義に加え，大きな社会的意義を持つものであると考える。
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