| 研究課題/領域番号 |
15K04612
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
磯部 徹彦 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30212971)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 蛍光体 / ナノシート / 波長変換膜 |
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| 研究実績の概要 |
太陽電池の発電効率を改善する波長変換膜として、近紫外光を可視光に変換し、かつ高い耐光性を有するナノ蛍光体が求められている。そこでY2O3:Bi3+,Eu3+蛍光ナノシートに着目した。この理由は、近紫外光を赤色光に変換する特性をもち、化学的に安定なイオンから構成されているためである。本研究では、Y2O3:Bi3+,Eu3+の前駆体ナノシートの液相合成および焼成処理によるY2O3:Bi3+,Eu3+ナノシートの作製を検討し、その諸特性を評価した。
硝酸イットリウムおよび硝酸ユウロピウムを超純水に溶解させた。その水溶液と硝酸ビスマスを溶解させたエチレングリコールを混合し、さらに塩基と水を混合し、pH調整を施した。160 °Cでのオートクレーブ処理によって、アモルファスのナノ粒子が結晶化し、シート様に集積してメソクリスタルナノシートに変化した。反応液のpHの値を7から11まで変化させると、pHが10以上でナノシートが得られた。塩基源としてトリエチルアミン、アンモニア水溶液、エチレンジアミン、水酸化ナトリウム水溶液のいずれを用いても同様のナノシートが得られた。ナノシートは、ナノ粒子が結晶化しながらab面方向に集積し、溶解再析出によりナノ粒子間の粒界がなくなり、正方晶系のナノシートが得られたと考えられる。また、金属原料物質量を増大させることで、前駆体ナノシートのサイズを増大できることが明らかにされた。
また、塩化イットリウム、塩化ビスマス、塩化ユウロピウムをメタノールに溶解し、ポリエチレンイミン水溶液を加え、200 °Cでオートクレーブ処理を施し、前駆体を合成する方法も検討した。さらに、電気泳動堆積法によってY2O3:Bi3+,Eu3+蛍光ナノシートをアクリルシリコーンナノ粒子とともにITO被覆ガラス基板上に堆積させ、コンポジット積層膜を作製することを試みた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
オートクレーブ処理によってY2O3:Bi3+,Eu3+の前駆体ナノシートを合成でき、焼成を施すことによってシートの形態を維持してY2O3:Bi3+,Eu3+ナノシートを作製できた。Y2O3:Bi3+,Eu3+の前駆体ナノシートの形成メカニズムを明らかにし、ナノシートのサイズ制御を行うパラメーターを明らかにできた。Y2O3:Bi3+,Eu3+ナノシートに連続的に励起光を照射しても蛍光強度は非常に安定していることを確認した。さらに、Y2O3:Bi3+,Eu3+ナノシートを配向させて積層膜を作製する予備的な実験に着手できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
Bi3+とEu3+をドープした層状イットリウム水酸化物ナノシートをソルボサーマル法によって作製したのち、焼成処理を施し、Y2O3:Bi3+,Eu3+ナノシートを作製する。Y2O3:Bi3+,Eu3+ナノシートの光学的な特性を評価する。さらに蛍光量子効率が最大となる作製条件を精査する。Y2O3:Bi3+,Eu3+ナノシートを用いて、可視光に対して透明性が高く、近紫外光を赤色光へ変換するコンポジット膜を作製する。成膜方法としては、ナノシートが基板に対して平行に配向しやすいと考えられる電気泳動電着法などを用いる。応用として、上記のコンポジット膜を、近紫外光に対して分光感度の低い太陽電池に適用し、光電変換効率を向上させることを検討する。
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