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高効率太陽光発電のための量子切断利用波長変換カバーガラスの創製

使用量子切割创建波长转换盖玻璃以实现高效太阳能发电

基本信息

批准号：
10J02797
负责人：
上田純平
金额：
$ 0.9万
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：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J02797/
关键词：
波長変換材料バンド間遷移 Yb^<3+>CeO_2 量子切断太陽電池皮長変換材料 Ce Yb

项目摘要

今年度は、高効率太陽光発電のための量子切断利用波長変換カバーガラスの創製に向けて、主に発光中心をYb^<3+>に固定し、紫外・青色領域に吸収をもつ半導体ホスト材料の探索を行った。太陽光吸収を不純物イオンの光学遷移を利用せずに、ホスト材料のバンド間遷移を用いることで、吸収係数の向上、近赤外への波長変換に不必要な発光遷移の抑制、Yb^<3+>から他イオンへのバックエネルギー移動の低減が期待できる。本研究において、太陽光吸収中心としてCeO_2のバンド間遷移を利用するCeO_2:Yb^<3+>の作製し、紫外・青色光励起における発光特性から、CeO_2ホストからYb^<3+>へのエネルギー移動効率、エネルギー移動機構を調査することで、エネルギー移動効率を向上させる解決策を模索し、太陽電池の高効率化を目指した。発光スペクトルYb^<3+>添加試料では、紫外レーザ励起により、Yb^<3+>の強い近赤外発光を観測した。また、このYb^<3+>の近赤外発光をモニターした励起スペクトルにおいて、紫外から青色光領域に広がるブロードな励起バンドを観測した。この励起バンドの帰属として、O^<2->からYb^<3+>への電荷移動(Charge transfer, CT)吸収やCe^<3+>不純物イオンの4f-5d遷移等の可能性も考えられたが、焼成雰囲気依存性とCeO_2:Eu^<3+>との比較実験により、O^<2->からCe^<4+>へのCT遷移(バンド間遷移)であることを明らかにした。Yb^<3+>近赤外発光強度は、Yb_2O_3が0.5～1mol%の時最も強くなることが分かり、1mol%以上では濃度消光すると考えられる。エネルギー移動機構に関しては、ホスト吸収(ドナー)とYb^<3+>:4f-4f遷移(アクセプター)が、スペクトルの重なりを持たないため、電気双極子間相互作用や交換相互作用によるエネルギー移動が起こらないと考えられる。よって、中間準位を介さない共同ダウンコンバージョン(量子切断機構)や原子価間電荷移動(Intervalence charge transfer, IVCT)によるエネルギー移動の可能性が考えられる。以上より、我々は、本材料が効率よく紫外・青色光を吸収し、強く近赤外で発光する波長変換材料の創製に成功した。

This year, the quantum cutoff of high-efficiency sunlight emission is explored by using wavelength conversion to create a semiconductor material with a fixed, ultraviolet and cyan absorption center. The optical migration of impurities in solar light absorption is utilized in the middle of the spectrum, the inter-material migration is utilized in the middle of the spectrum, the wavelength shift of absorption coefficient upward and near-infrared is utilized to suppress the unnecessary emission migration, and the Yb^<3+> absorption coefficient is utilized to reduce the optical migration of impurities. In this study, CeO_2:Yb^<3+> is used to manufacture solar absorption centers, UV and cyan excitation light emission characteristics, CeO_2:Yb^<3+> is used to investigate solar cell mobility, solar cell mobility mechanism, and solar cell efficiency improvement. Light emitting Yb^<3+> added to the sample, UV excitation, Yb^<3+> and strong near-infrared light emission The near-infrared emission of Yb^<3+> is detected in the ultraviolet and cyan light fields. The <2->possibility of charge transfer (CT) of Ce^<3 +> impurity in CeO_2:Eu^<3 +<2->> is investigated. Yb^<3+> near red emission intensity, Yb_2O_3 = 0.5~ 1mol % when the strongest, more than 1mol % concentration of extinction. In addition, the interaction between electric dipoles and the exchange interaction between electric dipoles and the interaction between electric dipoles. The possibility of interatomic charge transfer (IVCT) and quantum cutoff mechanism (quantum cutoff mechanism) is examined. The above results show that the material has been successfully created by absorbing ultraviolet and cyan light and emitting ultraviolet and cyan light.