Une nouvelle technique pourrait permettre de réaliser la photoconversion dans un état solide, ouvrant la voie à des innovations cruciales dans les domaines de l’énergie renouvelable, de la purification de l’eau et des soins de santé avancés.
Les chercheurs d’Exciton Science, basés à l’UNSW Sydney, ont démontré qu’une étape clé du processus de photoconversion peut être réalisée dans un état solide, rendant plus probable la fabrication d’un dispositif fonctionnel à l’échelle commerciale. Les applications possibles incluent la catalyse de l’hydrogène et la production d’énergie solaire.
Leur travail a été publié dans la revue à fort impact ACS Energy Letters et devrait entraîner des changements majeurs dans l’approche des scientifiques du monde entier travaillant sur ce domaine difficile mais potentiellement transformationnel.
Le professeur Tim Schmidt de l’UNSW Sydney, chercheur principal d’Exciton Science et auteur principal de l’article, a déclaré : « Je pense que les gens vont immédiatement commencer à nous copier. Je considère cela comme une avancée car cette approche peut être adaptée à la photoconversion dans l’ultraviolet ou à partir de l’infrarouge. Il y a tellement de choses que nous pouvons faire avec cela. »
Le processus de photoconversion
La photoconversion consiste à coller deux photons de faible énergie pour créer une lumière plus énergétique et visible, qui peut être capturée par des cellules solaires ou utilisée à d’autres fins. Le terme technique pour le processus de collage est « annihilation de triplets », qui produit un « exciton singulet ».
Un exciton est une quasi-particule qui existe lorsqu’un électron et le trou auquel il est lié sont excités par la lumière ou une autre source d’énergie. L’annihilation contrôlée et fiable des triplets et la photoconversion qu’elle permet pourraient augmenter la limite d’efficacité des dispositifs d’énergie solaire de 33,7 % à 40 % ou plus.
Recherche sur la photoconversion
Une grande partie de la recherche fondamentale sur la photoconversion est réalisée avec des échantillons liquides. Pour que le mécanisme soit utile dans des applications de dispositifs du monde réel, il doit être démontré efficacement dans un état solide.
Dans ce travail, la chercheuse Thilini Ishwara et ses collègues d’Exciton Science ont créé un film mince d’alumine nanostructurée teinté avec un sensibilisateur.
Les pores de la structure sont remplis de molécules émettrices en solution concentrée, ce qui permet d’obtenir un rendement quantique de génération de photons très prometteur de 9,4 %.
Prochaines étapes pour les chercheurs
La prochaine étape pour les chercheurs est de passer au-delà de la solution concentrée utilisée dans cette approche et d’obtenir des résultats similaires dans un état solide entièrement, potentiellement en utilisant une substance de type gel.
« Si vous pouvez le rendre suffisamment petit, vous pourriez l’utiliser pour faire de la chimie dans le corps », a souligné Thilini Ishwara.
« Vous pouvez générer une lumière de plus haute énergie à un endroit ciblé à l’intérieur du corps pour traiter des tumeurs ou créer des médicaments avec une précision laser. La purification de l’eau est une autre utilisation de la photoconversion. Si vous pouvez convertir le spectre visible en un UV assez agressif, vous pouvez tuer les germes et sauver des millions de vies chaque année dans les pays en développement. »
Autres applications potentielles
D’autres applications potentiellement alimentées par de nouvelles techniques de photoconversion incluent la technologie infrarouge, comme la vision nocturne, et même l’impression 3D.
En synthèse
La réalisation de la photoconversion dans un état solide se rapproche de la réalité grâce à une nouvelle technique développée par les chercheurs d’Exciton Science. Cette avancée pourrait débloquer des innovations majeures dans les domaines de l’énergie renouvelable, de la purification de l’eau et des soins de santé avancés. Les applications possibles sont nombreuses, allant de la catalyse de l’hydrogène à la production d’énergie solaire, en passant par la vision nocturne et l’impression 3D.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que la photoconversion ?
La photoconversion est un processus qui consiste à coller deux photons de faible énergie pour créer une lumière plus énergétique et visible. Cette lumière peut être capturée par des cellules solaires ou utilisée à d’autres fins, comme la catalyse de l’hydrogène ou la purification de l’eau.
2. Qu’est-ce qu’un exciton ?
Un exciton est une quasi-particule qui existe lorsqu’un électron et le trou auquel il est lié sont excités par la lumière ou une autre source d’énergie. L’annihilation contrôlée et fiable des triplets et la photoconversion qu’elle permet pourraient augmenter la limite d’efficacité des dispositifs d’énergie solaire de 33,7 % à 40 % ou plus.
3. Pourquoi est-il important de réaliser la photoconversion dans un état solide ?
Pour que le mécanisme de photoconversion soit utile dans des applications de dispositifs du monde réel, il doit être démontré efficacement dans un état solide. Cela rend plus probable la fabrication d’un dispositif fonctionnel à l’échelle commerciale.
4. Quelles sont les applications potentielles de la photoconversion ?
Les applications possibles incluent la catalyse de l’hydrogène, la production d’énergie solaire, la purification de l’eau, les soins de santé avancés, la technologie infrarouge (comme la vision nocturne) et l’impression 3D.
5. Quelle est la prochaine étape pour les chercheurs ?
La prochaine étape pour les chercheurs est de passer au-delà de la solution concentrée utilisée dans cette approche et d’obtenir des résultats similaires dans un état solide entièrement, potentiellement en utilisant une substance de type gel.
Légende illustration principale : Film nanoporeux d’alumine coloré avec des molécules sensibilisatrices. Crédit : Exciton Science
Article : « Nanoporous Solid-State Sensitization of Triplet Fusion Upconversion » – DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01678
