配位子場エンジニアリングによる広帯域高効率アップコンバージョン蛍光体の創製

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22K20491
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0401:材料工学、化学工学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 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)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2024-03-31
• 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

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。

自由記述の分野

材料化学

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。