Plasmonic arrays for upconversion enhancement toward efficient solar cells

用于增强上转换以实现高效太阳能电池的等离激元阵列

基本信息

批准号：
20F20371
负责人：
田中勝久
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-11-13 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Alのナノシリンダーが周期的に配列したナノ周期アレイを作製し、コア－シェル型構造を持つ希土類添加フッ化物ナノ粒子と組み合わせることによりアップコンバージョン蛍光特性を調べ、太陽電池への応用を検討した。個々のAlナノシリンダーの底面の直径は520 nm、高さは100 nmであり、これらが正方格子となるように配列した。周期は1010、1030、1050、1070 nmとなるように変化させた。作製したナノ周期アレイの光透過スペクトルの入射角依存性を実験的に明らかにするとともに、FDTDシミュレーションを実施し、実験データとの整合性を確認した。また、シミュレーションの結果から局在型表面プラズモン共鳴とプラズモニック－フォトニック結合モードに基づく光電場の局在化とその分布の様子を明らかにした。一方、蛍光体ナノ粒子はソルボサーマル法によって作製した。ナノ粒子のコアは粒径が35 nmのNaErF4であり、シェルは厚さが7 nmのドーピングを施していないNaYF4である。コアに含まれるEr3+を波長が1550 nmの光源で励起したところ、2光子吸収による発光が980 nmと808 nmに、また、3光子吸収による発光が658 nm、545 nm、525 nmに現れた。さらに、4光子吸収（発光波長は452 nmと410 nm）、5光子吸収（382 nm）までの多光子吸収過程が観察された。このような多光子吸収が見られたのは、シェルを設けることでNaErF4ナノ粒子表面の欠陥を低減でき、無輻射緩和によるエネルギーの損失を抑えることができたためであると考えられる。以上のように、本研究では多様な波長で高効率に発光する系の構築に成功し、太陽電池としての多結晶およびアモルファスシリコンの動作に必要な広範囲の波長をカバーすることが可能となった。

我们制造了一个纳米碘阵列，在该阵列中定期排列了Al纳米固定器，并通过将它们与稀土掺杂的氟化物纳米颗粒结合在一起，研究了Updencter荧光性能，并研究了其在太阳能细胞中的应用。每种Al纳米级的基本表面的直径为520 nm，高度为100 nm，并且两者被排列以形成一个方形晶格。该周期的变化为1010、1030、1050和1070 nm。实验揭示了制备的纳米周期阵列的光透射光谱的入射角依赖性，并进行了FDTD模拟以确认与实验数据的一致性。此外，模拟结果揭示了基于局部表面等离子体共振和等离子光子耦合模式的光电场的定位和分布。另一方面，磷纳米颗粒是通过溶剂热法制备的。纳米颗粒芯是Naerf4，粒径为35 nm，壳是未含糊的Nayf4，厚度为7 nm。当核心中包含的ER3+带有1550 nm波长的光源激发时，两光子吸收的发射出现在980 nm和808 nm处，三光吸收的发射出现在658 nm，545 nm，545 nm和525 nm处。此外，观察到观察到观察到从4光（452 nm和410 nm的发射波长）和五光子吸收（382 nm）的多光子吸收过程。人们认为这种多光子吸收是因为提供壳的提供减少了NAERF4纳米颗粒表面的缺陷，并且可以抑制由无辐射弛豫引起的能量损失。如上所述，这项研究已成功构建了一个系统，该系统以高效率的各种波长发出光线，从而涵盖了多晶和无定形硅作为太阳能电池所需的广泛波长。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Enhancement of Upconversion Luminescence by Plasmonic-Photonic Hybrid Mode

通过等离子体-光子混合模式增强上转换发光

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shinobu Ohya;Miao Jiang;Hirokatsu Asahara;Shoichi Sato;and Masaaki Tanaka;Gao Yuan，Shunsuke Murai，Kenji Shinozaki
通讯作者：
Gao Yuan，Shunsuke Murai，Kenji Shinozaki

Amplified up-conversion luminescence via plasmonic lattice mode

通过等离子体晶格模式放大上转换发光