Forskare vid Kyushu-universitetet i Japan har utvecklat ett nytt fast material som kan omvandla vanligt synligt solljus till energirikare ultraviolett ljus (UV-ljus). Genombrottet kan öppna dörren för allt från effektivare luftrening och avancerad fotokatalys till mer energieffektiv 3D-utskrift.
Resultaten publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications.
Den nya tekniken bygger på ett fascinerande kvantfysiskt fenomen där två fotoner med låg energi kombineras för att skapa en enda foton med högre energi. Processen kallas fotonuppkonvertering och har länge betraktats som en av de mest lovande metoderna för att bättre utnyttja solens energi.
Gör synligt ljus starkare
Normalt fungerar energiflödet åt motsatt håll. Högenergistrålning absorberas och omvandlas till ljus med lägre energi.
Forskarna har istället lyckats skapa ett material som gör motsatsen.
– Vi lägger ihop energin från två fotoner av synligt ljus för att skapa en ultraviolett foton. Det är en fascinerande process som kallas foto-uppkonvertering, säger Yoichi Sasaki vid Kyushu-universitetet.
UV-ljus används idag inom många viktiga områden:
- Luftrening och desinfektion
- Härdning av plaster och hartser
- 3D-utskrift
- Tandvård
- Industriella tillverkningsprocesser
- Fotokatalytiska reaktioner
Problemet är att UV-strålning endast utgör omkring sex procent av det solljus som når jordytan.
Genom att omvandla synligt ljus till UV-ljus kan en betydligt större del av solenergin utnyttjas.
Ett problem som forskare kämpat med i åratal
Fotonuppkonvertering fungerar relativt bra i vätskor där molekyler kan röra sig fritt.
Men vätskebaserade system har flera nackdelar:
- De kan avdunsta
- De kräver ofta giftiga lösningsmedel
- De är svåra att integrera i kommersiella produkter
Att skapa ett effektivt fast material har därför varit ett av områdets största tekniska hinder.
– Molekylerna måste vara tillräckligt nära varandra för att energi ska kunna överföras, men samtidigt tillräckligt långt ifrån varandra för att undvika att energin försvinner innan processen hinner ske, förklarar Sasaki.
Ny molekylär design löste problemet
Forskarna hittade lösningen genom att använda en organisk halvledare kallad dihydroindenoindenedene (DHI).
Genom att koppla särskilda alkylkedjor till molekylen skapade teamet ett exakt kontrollerat avstånd mellan molekylerna.
Resultatet blev ett material där energin kan transporteras effektivt samtidigt som förlusterna minimeras.
Materialet uppvisade:
- Över 60 procent fluorescenseffektivitet
- Effektiv energiöverföring
- Långlivade exciterade tillstånd
- Stabil funktion i fast form
Fungerar i vanligt solljus
Den kanske mest imponerande egenskapen är att systemet fungerar under naturligt solljus.
Materialet uppnådde en uppkonverteringseffektivitet på 1,9 procent.
Det innebär att ungefär två UV-fotoner produceras för varje hundra absorberade fotoner av synligt ljus.
Även om siffran kan verka låg betraktas den som mycket hög för ett fast material som drivs av normalt dagsljus.
– De flesta fastfasmaterial klarar inte detta ens vid betydligt högre ljusintensiteter, säger Sasaki.
Kan förbättra framtidens solenergi
Forskarna ser flera potentiella användningsområden för tekniken.
Bland de mest lovande finns:
Solcellsdriven fotokatalys
Många kemiska processer kräver UV-ljus. Om vanligt solljus kan omvandlas till UV-ljus kan dessa reaktioner drivas betydligt effektivare.
Luftrening
UV-ljus används för att bryta ned luftföroreningar och oskadliggöra mikroorganismer. Ett material som genererar UV-ljus från dagsljus kan skapa energisnåla reningssystem.
3D-utskrift
Många hartser som används vid 3D-utskrift kräver UV-strålning för att härda. Tekniken skulle kunna minska energiförbrukningen i framtida skrivarsystem.
Medicinska tillämpningar
UV-härdning används redan inom tandvård och andra medicinska behandlingar där mer energieffektiva lösningar efterfrågas.
Kulmen på 14 års forskning
Studien markerar slutpunkten på mer än ett decennium av forskning kring molekylär självorganisering och fotonuppkonvertering.
Professor emeritus Nobuo Kimizuka har varit en pionjär inom området sedan 2012 och såg genombrottet komma strax före sin pensionering.
– Denna upptäckt är kulmen på över 14 års forskning och utgör en viktig milstolpe inom fotonuppkonvertering och molekylär självmontering, säger Kimizuka.
Forskarna har redan lämnat in en patentansökan för materialet och hoppas nu kunna vidareutveckla tekniken för kommersiella tillämpningar.
Publikationsuppgifter
Sterically protected π-electron systems for efficient solid-state photon upconversion, Nature Communications (2026).
DOI: 10.1038/s41467-026-73898-0
