La conversión de energía solar en electricidad está actualmente restringida por un concepto conocido como el límite de Shockley-Quesser. Esta limitación permite que solo se usen fotones que tienen energías más altas que las de la banda prohibida, mientras que aquellos con energías más bajas se desperdician.En un esfuerzo por obtener una solución a este problema y hacer que la conversión de energía solar sea más eficiente, se desarrolló el proceso de convertir fotones con energías más bajas en unos con energías más altas, llamado conversión ascendente de fotones.
En la última década, un método de conversión ascendente de fotones que utiliza la aniquilación triplete-triplete TTA de moléculas orgánicas ha llamado la atención porque actualmente es el único método aplicable a la luz débil como la luz solar. En este método, dos tipos de orgánicosSe combinan moléculas o cromóforos, un sensibilizador y un emisor. El sensibilizador absorberá un fotón y lo convertirá a su estado de triplete excitado. La energía de excitación se transfiere al emisor. Cuando dos emisores que tienen la energía de excitación colisionan, uno lo haráconvertir a su estado singlete excitado más bajo y liberar un fotón convertido hacia arriba que se puede cosechar para la conversión de energía.
Si bien se han llevado a cabo muchos estudios sobre la conversión ascendente de fotones en solventes orgánicos, su uso práctico es limitado debido a las altas presiones de vapor, la toxicidad del vapor, la inflamabilidad y la falta de estabilidad térmica de las mezclas de solventes. Hasta ahora se han propuesto múltiples enfoques.para superar estas limitaciones, incluido el uso de medios fluidos viscosos como líquidos iónicos que tienen bajas presiones de vapor y alta estabilidad térmica. Sin embargo, los líquidos iónicos también son prácticos debido a los costos relativamente altos de los materiales de partida y los procesos sintéticos.como su pobre biodegradabilidad.
Para resolver fundamentalmente estos problemas anteriores, los científicos de Tokyo Tech desarrollaron una conversión ascendente de fotones TTA utilizando una nueva clase de líquidos conocidos como solventes eutécticos profundos DES. Los DES son una alternativa potencial a los fluidos iónicos, porque poseen propiedades deseables similares a lasde fluidos iónicos y se pueden crear mediante una simple mezcla de dos sustancias, un donante de enlaces de hidrógeno y un aceptor de enlaces de hidrógeno, sin la necesidad de procesos sintéticos. Las sustancias de partida para la generación de DES también son generalmente mucho más baratas, más seguras y másbiodegradable que los necesarios para la creación de líquidos iónicos, lo que los convierte en una alternativa ideal.
Las fotografías de los DES utilizados y los convertidores ascendentes de fotones desarrollados se muestran en la imagen adjunta. El DES preparado era ópticamente transparente e incoloro y se utilizaba como disolvente para los sensibilizadores y los cromóforos emisores. Las fotografías del convertidor ascendente de fotones desarrollado se muestran en ela la derecha de la imagen. La muestra convierte la luz verde incidente débil longitud de onda: 532 nm; potencia: 2-3 mW en emisión azul longitud de onda: ~ 440 nm. La alta estabilidad térmica esperada se confirmó por la ausencia de ignición y humodurante la exposición a una llama del quemador durante 1 min.
Notablemente, el rendimiento cuántico de conversión ascendente de fotones de las muestras alcanzó 0.21 donde el rendimiento cuántico máximo se define como 0.5; un fotón de energía más alta se crea usando dos fotones de energía más baja como máximo en la conversión ascendente de fotones.Eficiencia cuántica de conversión ascendente del 42% cuyo máximo se define como 100%. Esta es una eficiencia relativamente alta.
En general, los científicos desarrollaron una plataforma de material novedoso para la conversión ascendente de fotones TTA utilizando DES más baratos, menos tóxicos y térmicamente estables. Este logro se considera un hito importante para la realización de la aplicación práctica de la tecnología de conversión ascendente de fotones.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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