Les cellules solaires et les photocatalyseurs peuvent être étonnamment inefficaces.
Bien que la lumière soit composée de nombreuses longueurs d’onde, la plage utilisée par les dispositifs même très efficaces est limitée. Les autres longueurs d’onde, en particulier les grandes longueurs d’onde, traversent simplement le matériau sans être exploitées comme énergie.
Pour améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’énergie solaire, une technique appelée conversion ascendante de photons (PUC) attire l’attention. En particulier, la PUC basée sur l’annihilation triplet-triplet (TTA-PUC) convertit la lumière de grande longueur d’onde et de faible énergie en longueurs d’onde plus courtes, qui peuvent être plus facilement absorbées par les cellules solaires.
Aujourd’hui, un groupe de recherche dirigé par l’Université métropolitaine d’Osaka a développé une nouvelle molécule acceptrice d’énergie triplet, « TP-An », qui permet une TTA-PUC très efficace, même dans des conditions de faible excitation.
« Actuellement, le 9,10-diphénylanthracène est la molécule acceptrice la plus utilisée, et les recherches se concentrent sur la conception et l’optimisation de ses dérivés. Bien qu’elle soit performante dans les solutions diluées, elle a tendance à perdre de son efficacité lorsque la concentration augmente. Cela a entravé son utilisation pratique car la plupart des dispositifs de collecte d’énergie solaire nécessitent des concentrations relativement élevées de molécules actives », explique le professeur Hiroshi Ikeda de l’École supérieure d’ingénierie. « D’autre part, le TP-An maintient un rendement quantique exceptionnellement élevé, même à des concentrations élevées. »
Les chercheurs ont synthétisé TP-An car ils souhaitaient créer une molécule « acceptrice idéale » pour la TTA-PUC. La molécule obtenue a dépassé leurs attentes, puisqu’ils ont atteint un rendement quantique de fluorescence supérieur à 99 % ; ce qui signifie que pour 100 photons, 99 sont émis sous une forme utilisable et un seul est perdu par la chaleur, les vibrations moléculaires ou les réactions chimiques.
Lorsqu’ils ont projeté de la lumière verte sur la solution, celle-ci a émis une lumière violette. Cela a montré qu’une conversion ascendante se produisait, car la lumière violette a plus d’énergie et une longueur d’onde plus courte que la lumière verte.
Des tests supplémentaires ont montré que le rendement quantique de conversion ascendante était d’environ 23 %, ce qui signifie que près d’un quart de la sortie lumineuse maximale possible convertie par ascension était atteint.
« C’est une valeur exceptionnellement élevée pour ce type de système », a déclaré Tomoki Nagaoka, étudiant diplômé et premier auteur de l’étude. « Cela se rapproche du rendement quantique de conversion ascendante le plus élevé rapporté à ce jour. Le fait que TP-An atteigne une performance de conversion ascendante presque comparable et fonctionne bien même à des concentrations élevées démontre le potentiel de ce matériau. »
À l’avenir, le groupe vise à développer des matériaux PUC capables de convertir une large gamme de longueurs d’onde lumineuses, ainsi que des matériaux pouvant atteindre une PUC très efficace même à l’état solide.
« À l’avenir, nous prévoyons des applications dans un large éventail de domaines, notamment la photocatalyse, les réactions photochimiques et les technologies d’utilisation de l’énergie solaire », a déclaré le professeur associé Yasunori Matsui.
Article : A Symmetric and Rigid Tetrahydropentalene Derivative as an Ideal Acceptor for Efficient Triplet–Triplet Annihilation-Assisted Photon Upconversion – Journal : The Journal of Physical Chemistry Letters – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : OMU
