励起エネルギー準位制御と長寿命化戦略に基づく高効率アップコンバージョン材料の創出

基于激发能级控制和长寿策略创建高效上转换材料

基本信息

批准号：
22KJ2393
负责人：
原田直幸
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

有機分子の三重項-三重項消滅を利用したフォトン・アップコンバージョン（TTA-UC）は、低エネルギーの光子をより高エネルギーの光子に変換するための方法論である。太陽光レベル（mW/cm2）の弱い光を用いてエネルギー変換を行うことができるため、太陽電池や光触媒等の光利用効率を高める応用化が期待されている。TTA-UCでは光を吸収する三重項増感剤と光を放出する発光体分子の組み合わせが重要であり、これまでに申請者らは可視-紫外フォトン・アップコンバージョンを示す高効率な分子性材料の開発に成功している。また、擬似太陽光や室内LEDライトのような低励起光強度の環境においてもアップコンバージョンを起こすことに成功した。しかしながら、本材料は揮発性有機溶媒を使用していること、取り扱いが難しい光学セルを使用した溶液試料である等、アップコンバージョンの応用化に向けた課題が残っている。本年度は、上記課題を解決すべく前年度に作製を試みたフィルム系材料の最適化と詳細な評価を行った。本フィルム系材料は多孔質フィルムに低揮発性溶液を染み込ませたものであり、フィルム中では分子拡散に基づくTTAが起こる。したがって、バルク溶液系と同様の高いアップコンバージョン特性を示すことが期待される。結果として、本材料は27%以上のTTA-UC効率を示すことが分かり、またサンプル自体も高い透明性を示した。さらに、マイクロレンズアレイを組み合わせたサンプルを作製したところ、TTA-UCのしきい励起光強度を0.60mW/cm2まで小さくすることに成功し、取り扱いが容易で高効率なアップコンバージョン材料を開発することに成功した。

利用有机分子三重态-三重态湮灭的光子上转换（TTA-UC）是一种将低能光子转换为高能光子的方法。由于可以利用像太阳光一样微弱的光（mW/cm2）进行能量转换，因此有望应用于提高太阳能电池、光催化剂等的光利用效率。在TTA-UC中，吸收光的三重态敏化剂和发射光的发光分子的组合很重要，到目前为止，申请人已经成功开发出表现出可见光-紫外光子上转换的高效分子材料。此外，即使在低激发光强度的环境中，例如模拟太阳光和室内 LED 灯，我们也成功地实现了上转换。然而，上转换的应用仍然存在挑战，例如挥发性有机溶剂的使用以及使用难以处理的光学池的溶液样品。今年，为了解决上述问题，我们对去年尝试创建的薄膜材料进行了优化和详细评估。这种薄膜材料是一种浸渍有低挥发性溶液的多孔薄膜，基于分子扩散在薄膜内发生TTA。因此，预计它会表现出类似于本体溶液系统的高转换特性。结果发现，这种材料的TTA-UC效率超过27%，并且样品本身也表现出高透明度。此外，当我们制作组合微透镜阵列的样品时，我们成功地将TTA-UC的阈值激发光强度降低至0.60mW/cm2，从而开发了一种易于处理且高效的上转换材料。成功了。