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

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。

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。