Germain
LE DÉFI DE LA CONVERSION EFFICACE DE LA LUMIÈRE EN ÉLECTRICITÉ: UNE AVANCÉE PROMETTEUSE DANS LE DOMAINE DE L’OPTOÉLECTRONIQUE
Dans le domaine de l’optoélectronique, la conversion de la lumière en électricité de manière efficace a toujours été l’un des objectifs persistants des scientifiques. Si améliorer le rendement de conversion est un défi, plusieurs autres exigences doivent également être satisfaites. Par exemple, le matériau doit bien conduire l’électricité, avoir un temps de réponse court aux variations de l’entrée (intensité de la lumière) et, surtout, être stable pendant une exposition prolongée.
Ces derniers temps, les scientifiques se sont intéressés aux “nanofeuilles de coordination” (CONASH), qui sont des nanomatériaux hybrides organo-inorganiques dans lesquels des molécules organiques sont liées à des atomes métalliques dans un réseau en 2D. L’intérêt pour les CONASH vient principalement de leur capacité à absorber la lumière dans plusieurs plages de longueurs d’onde et à les convertir en électrons avec une efficacité supérieure à celle des autres types de nanofeuilles. Cette prouesse a été observée dans une CONASH comprenant un atome de zinc lié à une molécule de porphyrine-dipyrrine. Malheureusement, la CONASH s’est rapidement corrodée en raison de la faible stabilité des molécules organiques dans les électrolytes liquides (un milieu couramment utilisé pour la conduction actuelle).
“Le problème de durabilité doit être résolu pour réaliser les applications pratiques des systèmes de conversion photoélectrique basés sur la CONASH”, déclare le professeur Hiroshi Nishihara de l’Université des sciences de Tokyo (TUS), au Japon, qui mène des recherches sur la CONASH et qui essaie de résoudre le problème de stabilité de la CONASH.
Maintenant, dans une étude récente publiée dans Advanced Science, résultat d’une collaboration entre l’Institut national des sciences des matériaux (NIMS) du Japon et le TUS, le professeur Nishihara et ses collègues ont conçu une CONASH comprenant un ion fer (Fe) lié à une molécule de benzène hexathiol (BHT) qui a démontré la plus grande stabilité sous exposition à l’air jamais rapportée jusqu’à présent. Le nouveau photodétecteur à base de CONASH FeBHT peut conserver plus de 94 % de son photocourant après 60 jours d’exposition ! De plus, le dispositif ne nécessite aucune source d’alimentation externe.
Comment une telle prouesse a-t-elle été possible ? En simplifiant, les scientifiques ont fait quelques choix judicieux. Tout d’abord, ils ont opté pour une architecture tout solide en remplaçant l’électrolyte liquide par une couche solide de Spiro-OMeTAD, un matériau connu pour être un bon transporteur de “trous” (vacances laissées par les électrons). Deuxièmement, ils ont synthétisé le réseau FeBHT à partir d’une réaction entre le sulfate d’ammonium ferreux et le BHT, ce qui a permis deux choses : d’une part, la réaction a été suffisamment lente pour protéger le groupe soufre de l’oxydation, et d’autre part, elle a aidé le réseau FeBHT résultant à devenir résistant à l’oxydation, comme l’ont confirmé les scientifiques grâce à des calculs de théorie de la fonctionnelle de la densité.
De plus, le CONASH FeBHT favorise une conductivité électrique élevée, présente une photo-réponse améliorée avec un rendement de conversion de 6 % (le rendement le plus élevé précédemment rapporté était de 2 %) et un temps de réponse inférieur à 40 millisecondes pour l’illumination par la lumière ultraviolette.
Avec ces résultats, les scientifiques sont enthousiastes quant aux perspectives des CONASH dans les applications optoélectroniques commercialisées. “Les performances élevées des photodétecteurs à base de CONASH couplées au fait qu’ils ne nécessitent pas d’alimentation externe ouvrent la voie à des applications pratiques, telles que des capteurs de réception de lumière pouvant être utilisés pour des applications mobiles et pour enregistrer l’historique d’exposition à la lumière des objets”, déclare avec enthousiasme le Prof. Nishihara.
Et sa vision pourrait bien se concrétiser plus rapidement que prévu !
Référence:
“Two-Dimensional Bis(dithiolene)iron(II) Self-Powered UV Photodetectors with Ultrahigh Air Stability”, Advanced Science, DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202100564
À propos de l’Université des Sciences de Tokyo:
L’Université des sciences de Tokyo (TUS) est une université bien connue et respectée, et la plus grande université privée de recherche spécialisée en sciences au Japon, avec quatre campus dans le centre de Tokyo, ses banlieues et Hokkaido. Fondée en 1881, l’université a continuellement contribué au développement du Japon dans le domaine des sciences en inculquant l’amour des sciences chez les chercheurs, les techniciens et les éducateurs. Avec pour mission “Créer la science et la technologie pour le développement harmonieux de la nature, des êtres humains et de la société”, TUS mène une large gamme de recherches, de la science fondamentale à la science appliquée. TUS adopte une approche multidisciplinaire de la recherche et mène des études approfondies dans certains des domaines les plus vitaux d’aujourd’hui. TUS est un méritocrate où l’excellence en sciences est reconnue et encouragée. C’est la seule université privée au Japon à avoir produit un lauréat du prix Nobel et la seule université privée en Asie à avoir produit des lauréats du prix Nobel dans le domaine des sciences naturelles.
Site Web : https://www.tus.ac.jp/en/mediarelations/
À propos du Professeur Hiroshi Nishihara de l’Université des Sciences de Tokyo:
Hiroshi Nishihara est professeur de chimie à l’Université de Tokyo et professeur à l’Université des sciences de Tokyo au Japon. Il est un professeur distingué, chercheur et pionnier dans le domaine de la synthèse et de l’électrochimie de polymères de complexes métalliques conducteurs. Ses recherches sont axées sur la création de nouveaux matériaux électro- et photo-fonctionnels comprenant à la fois des métaux de transition et des chaînes π-conjuguées, et sur l’invention de systèmes de transfert d’électrons unidirectionnels utilisant des interfaces de couche moléculaire. Il a publié 457 articles avec plus de 13000 citations à son crédit.
Source:
* [Article original](https://www.eurekalert.org/multimedia/917063)
* [Advanced Science](https://doi.org/10.1002/advs.202100564)
* [Université des Sciences de Tokyo](https://www.tus.ac.jp/en/mediarelations/)
