Dans une nouvelle étude, un groupe de recherche de l'Université d'Uppsala explique leur succès exceptionnel dans la récolte des "trous d'électrons chauds". Les résultats de leurs travaux peuvent être utilisés pour améliorer les cellules solaires, réactions photochimiques, et photocapteurs. L'article scientifique est publié dans Matériaux naturels .

Pour quelques temps, il est connu que certaines nanoparticules métalliques peuvent absorber la lumière et, Dans le processus, génèrent des charges électriques positives et négatives. Lorsque ces charges se développent en absorption lumineuse, ils sont appelés "chauds". Les charges négatives sont des électrons et les positives sont appelées "trous d'électrons, " où un électron dans la bande de valence (les électrons dans la couche externe de l'atome) est manquant.

Les électrons chauds sont un phénomène bien étudié et la manière dont ils peuvent s'accumuler dans les semi-conducteurs (matériaux qui conduisent moins bien le courant que les conducteurs, comme le cuivre, mais mieux que les isolants, comme la céramique) est connue. Cela prolonge leur vie, permettant leur utilisation dans des photocatalyseurs, cellules solaires et photodétecteurs. On en sait beaucoup moins sur les trous chauds.

Peut être utilisé dans les cellules solaires et dans la photosynthèse artificielle

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont réussi à collecter plus de 80 pour cent des trous chauds dans un semi-conducteur, ce qui est trois fois plus que ce que l'on croyait possible auparavant. Le processus est étonnamment rapide :il prend moins de 200 femtosecondes (0,00000000002 s). La faisabilité de collecter les charges dans un semi-conducteur permet de les utiliser dans les cellules solaires et dans la photosynthèse artificielle, par exemple pour réduire le dioxyde de carbone et produire de l'hydrogène et de l'oxygène à partir de l'eau.

Les chercheurs avaient fait la prédiction théorique que l'accumulation des charges positives affecterait également la dynamique des charges négatives. Cette hypothèse est confirmée par les observations incluses dans la nouvelle étude. Lorsque la lumière est absorbée et que des charges électriques sont produites, la "température électronique" augmente. La récolte des trous chauds augmente la capacité thermique électronique, modifier jusqu'où la température des électrons s'élève.

Cela indique qu'il est possible de manipuler la distribution d'énergie des électrons en contrôlant le degré auquel les trous d'électrons sont supprimés. Il s'agit d'un résultat significatif car il permet, par exemple, régulation de la tension maximale dans une cellule solaire plasmonique directe (une cellule solaire qui convertit la lumière en énergie électrique en utilisant des plasmons comme matériau photovoltaïque actif) ou contrôle de la "fenêtre" réactive dans un processus photocatalytique.