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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。

Al-based periodic alignment, periodic The diameter of the bottom surface of the aluminum alloy is 520 nm, and the height is 100 nm. Periodicity: 1010, 1030, 1050, 1070 nm. In order to clarify the dependence of the incident angle of light transmission through the substrate during the manufacturing period, the FDTD system is implemented and the integration of the real data is confirmed. The results show that the distribution of the localized photoelectric field in the base layer is different from that in the surface layer. A party, a party. NaErF4 with a particle diameter of 35 nm and a particle thickness of 7 nm The wavelength of the light source containing Er3+ is 1550 nm, the wavelength of the light source is 980 nm, the wavelength of the light source containing Er 3 + is 808 nm, the wavelength of the light source containing Er 3 + is 658 nm, 545 nm and 525 nm. The multiphoton absorption processes of 4-photon absorption (emission wavelength: 452 nm to 410 nm) and 5-photon absorption (382 nm) were observed. The multiphoton absorption of the particles is reduced by the radiation attenuation of the particles, and the loss of the particles is reduced by the radiation attenuation. In this study, we have successfully constructed a solar cell system with multiple wavelengths and high efficiency. The solar cell system operates with multiple crystals and has a range of wavelengths that are necessary for the operation of the solar cell.

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