Bouteilles, emballage, un meuble, pièces de voiture... toutes en plastique. Aujourd'hui, nous avons du mal à imaginer notre vie sans ce matériau clé qui a révolutionné la technologie au cours du siècle dernier. Il existe un optimisme généralisé dans la communauté scientifique selon lequel le graphène fournira des avancées similaires en matière de changement de paradigme dans les décennies à venir. Des téléphones portables qui se plient, panneaux solaires transparents et flexibles, ordinateurs extra-fins... la liste des applications potentielles est infinie. Scientifiques, Les industries et la Commission européenne sont tellement convaincues du potentiel du graphène à révolutionner l'économie mondiale qu'elles promettent une injection de 1 000 millions d'euros dans la recherche sur le graphène.
La découverte la plus récente publiée dans Physique de la nature et réalisés par des chercheurs de l'Institute of Photonic Science (ICFO), en collaboration avec le Massachusetts Institute of Technology, ETATS-UNIS, Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères, Allemagne, et Graphenea S.L. Donostia-Saint-Sébastien, Espagne, démontrer que le graphène est capable de convertir un seul photon qu'il absorbe en plusieurs électrons qui pourraient entraîner un courant électrique (électrons excités) - une découverte très prometteuse qui fait du graphène un matériau alternatif important pour les technologies de détection et de récolte de la lumière, maintenant basé sur des semi-conducteurs conventionnels comme le silicium.
« Dans la plupart des matériaux, un photon absorbé génère un électron, mais dans le cas du graphène, nous avons vu qu'un photon absorbé est capable de produire de nombreux électrons excités, et donc générer des signaux électriques plus importants" explique Frank Koppens, chef de groupe à ICFO. Cette caractéristique fait du graphène un bloc de construction idéal pour tout appareil qui repose sur la conversion de la lumière en électricité. En particulier, il permet des détecteurs de lumière efficaces et potentiellement aussi des cellules solaires qui peuvent capter l'énergie lumineuse du spectre solaire complet avec une perte plus faible.
L'expérience consistait à envoyer un nombre connu de photons d'énergies différentes (couleurs différentes) sur une monocouche de graphène. "Nous avons vu que les photons de haute énergie (par exemple le violet) sont convertis en un plus grand nombre d'électrons excités que les photons de faible énergie (par exemple l'infrarouge). La relation observée entre l'énergie des photons et le nombre d'électrons excités générés montre que le graphène convertit la lumière en l'électricité avec un rendement très élevé. Même s'il était déjà supposé que le graphène a un potentiel pour la conversion de la lumière en électricité, il s'avère maintenant qu'il est encore plus adapté que prévu !" explique Tielrooij, chercheur à l'ICFO.
Bien qu'il y ait quelques problèmes pour les applications directes, comme la faible absorption du graphène, le graphène a le potentiel de provoquer des changements radicaux dans de nombreuses technologies qui sont actuellement basées sur des semi-conducteurs conventionnels. "On savait que le graphène est capable d'absorber un très large spectre de couleurs claires. Cependant, nous savons maintenant qu'une fois que le matériau a absorbé la lumière, l'efficacité de conversion d'énergie est très élevée. Notre prochain défi sera de trouver des moyens d'extraire le courant électrique et d'améliorer l'absorption du graphène. Ensuite, nous pourrons concevoir des dispositifs au graphène qui détectent la lumière plus efficacement et pourraient même potentiellement conduire à des cellules solaires plus efficaces. » conclut Koppens.
