太陽光による光アップコンバージョンの素過程解明―光エネルギーの効率的な活用に新たな手掛かり：筑波大学
(2018年11月15日発表)
筑波大学と（国）産業技術総合研究所、静岡大学の研究グループは11月15日、低いエネルギーの光を吸収して高いエネルギーの光を放出する光アップコンバージョン（UC）と呼ばれる現象の結晶中における素過程を数値シミュレーションで解明したと発表した。太陽光の有効利用などへの光アップコンバージョンの応用が期待されるという。
太陽光発電の光エネルギー変換効率を高める方策の一つとして、波長の長い低エネルギー光を、波長の短い高エネルギー光に変換する光アップコンバージョンの利用が検討されている。
なかでも三重項‐三重項消滅（TTA）という現象を利用する光アップコンバージョン（TTA-UC）が注目されているが、高エネルギー光を発する発光体の三重項状態が空気中などに存在する酸素分子により消光されてしまい、反応効率が著しく低くなるという問題を抱えている。
研究グループのメンバーがこの酸素問題を解く新分子を考案・合成したところ、この分子は酸素の影響を防ぐだけではなく、結晶系においてTTA-UCを効率よく起こすことが分かった。そこで、研究チームは今回、数値シミュレーションを用いてこのメカニズムの解明に取り組んだ。
調べたのは9,10ジフェニルアントラセン（DPA）とその誘導体（C7-sDPA）で、結晶系ではC7-sDPAがDPAよりも反応量子収率が高いことの要因を探った。
その結果、結晶中における三重項‐三重項消滅（TTA）過程と三重項エネルギー移動の競合が、DPAとC7-sDPAの光エネルギー変換効率の差に寄与していることが明らかになった。結晶構造に起因する、エネルギー移動の次元性の違いの重要性が浮き彫りになったもので、DPAよりも三重項励起子の接近確率が高いC7-sDPAの方が、反応量子収率が高くなる原因と結論づけている。
