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太陽光の効率的光アップコンバージョン過程のメカニズム解明 ~新たな光エネルギー活用に向けて一歩前進~

2018/11/15

筑波大学 計算科学研究センター 佐藤 竜馬 研究員(現 理化学研究所基礎科学特別研究員)、鬼頭-西岡 宏任 さきがけ専任研究員、重田 育照 教授らは、産業技術総合研究所、静岡大学と共同で、結晶中における三重項—三重項消滅過程注と三重項エネルギー移動の競合が、9,10ジフェニルアントラセン(DPA)とその誘導体の光エネルギー変換効率の差に寄与していることを、数値シミュレーションにより明らかにしました。特に、三重項エネルギー移動方向の次元性の違いがそのメカニズムの鍵になっていることを究明しました。

図 三重項—三重項消滅を利用した光アップコンバージョンの素過程。(1) 重原子を含む増感剤が太陽光エネルギー()を吸収し、基底状態から励起一重項状態となる(S0→S1)。その後、項間交差によって S1 から励起三重項状態へとほぼ 100%の収率で変換される(S1→T1)。(2) T1 状態になった増感剤から発光体へ三重項-三重項エネルギー移動が起こり、増感剤は S0 状態、発光体は T1 状態になる。(3)同様の過程によって T1 状態になった発光体同士が拡散・衝突すると三重項—三重項消滅が起こり、一方は S1 状態、もう一方は S0 状態となる。(4) S1 状態となった発光体から蛍光が発する(S1→S0+h/′)。このときの光の波長は初期に吸収した光の波長よりも短い( > ′)。つまり、エネルギーの低い長波長の光を吸収し、エネルギーの高い短波長の光を発光することとなる。

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