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

开发量子效率200%的近红外发射材料用于高效太阳能发电

基本信息

批准号：
21655076
负责人：
田部勢津久
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

我们研究了共掺杂Pr^<3+>-Yb^<3+>的透明样品的光学性质，该样品具有将可见光转化为1μm红外光的潜力，量子产率超过100%。通过比较吸收光谱和激发光谱，我们发现Yb^<3+>在440-490 nm激发下将Pr^<3+>弛豫到^3Po能级的激发效率约为Yb^<3+>的1.6倍。 ^1D_2 能级激发标题：获得了量子断线现象的证据。为了更详细地讨论 Pr^<3+> 和 Yb^<3+> 之间的能量传递，我们将讨论发射光谱的温度依赖性以及 Pr^<3+> 和 Yb^< 的量子损失3+> 进行了排放率测量。首先，通过熔融淬火法制备氟氧化物组成为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)的玻璃样品。对于得到的玻璃样品，通过440nm LD激发测定发射光谱，并使用积分球测定量子产率。通过将样品放入低温恒温器中，在 450 至 1200 nm 范围内测量低温下的发射光谱。 Pr^<3+>掺杂样品和Pr^<3+>-Yb^<3+>共掺杂样品在整个波长范围内的光发射量子产率在室温下最高为38%。掺杂样品中，Yb^<3+>随着添加浓度的增加而降低。另一方面，随着Yb ^ 3+ 掺杂浓度的增加，1μm发射占发射光子总数的比例增加。这些结果表明，能量转移效率随着Yb^<3+>浓度的增加而增加，但从Yb^<3+>:^2F_<5/2>到Pr^<3+>:^1G_4的支持被认为由于 Pr^<3+>:^1G_4 能级的转移和多声子弛豫而发生损耗。根据积分球测量和发射光谱的温度依赖性，我们在假设吸收光子数量恒定的情况下估计了量子产率的温度依赖性，并发现Yb^<3+>发射的量子产率随着温度降低而增加。揭示了。