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24 Avr, 2024

Un écran tactile LED peut aussi être un chargeur photovoltaïque

Un écran tactile LED peut aussi être un chargeur photovoltaïque

La technologie d’affichage pérovskite permet de lire les empreintes digitales et de recueillir des données de santé.

Les écrans tactiles des smartphones modernes sont en verre bord à bord et utilisent un collage avancé qui permet à l’écran d’être presque au même niveau que la surface du téléphone. Cependant, sous l’écran, il y a toujours une couche de verre, des polariseurs, des filtres de couleur, des capteurs tactiles capacitifs et bien d’autres choses encore. C’est un obstacle pour les fabricants de smartphones qui souhaitent intégrer des capteurs ou créer des écrans flexibles.

Toutefois, de nouvelles recherches mettent en évidence une autre option : les pixels photosensibles. Ils peuvent faire bien plus que détecter le toucher. Ils peuvent prendre en photo des objets placés sur un écran, détecter des empreintes digitales et même recharger un appareil.

« Nous savons que LG Display et d’autres sociétés d’affichage s’intéressent à la manière d’intégrer la fonction d’écran tactile ou d’imagerie », explique Chunxiong Bao, coauteur de la nouvelle recherche et professeur à l’école de physique de l’université de Nanjing en Chine. « Ils ont essayé des matériaux tels que les OLED et les QD-LED, mais la « photoréceptivité » (photoresponsivity) n’est pas très bonne. Notre LED en pérovskite, elle, est bonne ».

C’est aussi un lecteur d’empreintes digitales, un capteur de santé et un compteur de lumière

Les pérovskites sont une classe de matériaux dont la structure cristalline ressemble à celle de la pérovskite éponyme, un minéral d’oxyde de calcium et de titane découvert dans les montagnes de l’Oural, en Russie, en 1839. Les pérovskites, cette classe de matériaux, sont devenues populaires dans le domaine de la photovoltaïque lorsque les chercheurs ont découvert qu’elles pouvaient être utilisées pour fabriquer des cellules solaires efficaces et des points quantiques plus brillants et plus performants.

Chunxiong Bao et ses coauteurs souhaitaient que leur dispositif en pérovskite puisse à la fois créer de la lumière et réagir à celle-ci. Le matériau Pervoskite-LED (PeLED) qu’ils ont mis au point peut afficher une image à haute luminosité : l’équipe a démontré que les PeLED rouges, vertes et bleues avaient une luminosité allant jusqu’à 4 700 candelas par mètre carré (la plupart des écrans de smartphones ont une luminosité maximale de l’ordre de quelques centaines). Mais les PeLEDs détectent aussi efficacement la lumière, une caractéristique que les chercheurs ont utilisée pour créer un écran tactile.

« Si vous voulez qu’un matériau ait une bonne réponse photo, vous devez générer des porteurs [d’électrons] dans ces matériaux », précise Chunxiong Bao. « Dans la pérovskite, c’est facile. C’est la couche de transport des porteurs qui permet le mouvement des électrons, ce qui rend possible la détection du toucher. Et comme les PeLED sont photosensibles, elles peuvent à la fois détecter et imager les objets qui touchent l’écran. »

Une série de diagrammes décrit la photosensibilité d’un écran PeLED. Un doigt touche l’écran et bloque la lumière. L’écran détecte le changement de lumière et peut utiliser cette mesure pour l’entrée tactile. Un écran LED pérovskite (PeLED) récemment mis au point peut imager les objets qui le touchent, ce qui le rend utile, entre autres tâches, comme imageur, capteur d’empreintes digitales et capteur de lumière.NATURE

Le résultat est un écran qui regroupe plusieurs fonctions de capteurs. Il peut créer une image de petits objets à fort contraste placés sur l’écran, ce qui devrait en faire un lecteur d’empreintes digitales viable (l’écran prototype était toutefois trop petit pour lire une véritable empreinte digitale, les chercheurs l’ont donc testé avec une petite image d’empreinte digitale). La photosensibilité de l’écran peut également être utilisée comme capteur de lumière, pour transférer des données, ou comme capteur PPG pour fournir des données sur la santé de l’utilisateur.

Ces capacités pourraient aider les smartphones à intégrer dans l’écran des fonctions qui nécessitent actuellement des capteurs individuels séparés. Cette intégration réduirait à son tour la complexité et l’épaisseur de l’appareil. Bien que le prototype d’écran développé par l’équipe ne soit pas flexible, Chunxiong Bao estime que la technologie pourrait s’adapter à des écrans flexibles, tels que ceux que l’on trouve dans les téléphones pliables ou enroulables.

C’est aussi un chargeur solaire

La photosensibilité de PeLED offre un potentiel surprenant pour remplacer de nombreux capteurs de smartphones, et elle a un autre tour dans son sac. L’écran sert également de chargeur solaire.

Dans un certain sens, cela n’a rien de surprenant. Les pérovskites sont prometteuses pour l’amélioration de l’efficacité des futures cellules solaires. Mais il s’agit de la première démonstration d’un écran fonctionnel en pérovskite capable de générer une charge.

« C’est un concept fondamental que de bonnes cellules solaires devraient être de bonnes LED, les gens le savent bien », a déclaré Artem Bakulin, lecteur en chimie physique à l’Imperial College de Londres, qui n’est pas impliqué dans la recherche actuelle. « Mais il serait difficile d’avoir le courage d’associer des cellules solaires et des diodes électroluminescentes, en raison de certains défis techniques. [Dans cet article, ils tentent de résoudre les problèmes et de combiner les deux domaines.

Un diagramme décrit la capacité d’un écran PeLED à charger un condensateur. Il comprend deux graphiques qui montrent la courbe de charge et de décharge.

L’écran a besoin d’environ 25 minutes pour faire passer la charge d’un condensateur de 1,2 à 1,7 volt, et d’environ 90 secondes pour le décharger de 1,7 à 1,2 volt. Le nouvel écran PeLED peut charger un condensateur de 1,2 à 1,7 volt en environ 25 minutes.

Les chercheurs ont prouvé cette capacité en utilisant le prototype d’écran pour charger un supercondensateur qui pouvait ensuite être utilisé pour alimenter l’écran. Il est intéressant de noter que l’efficacité de la conversion d’énergie de l’écran était deux fois plus élevée lorsqu’il était exposé à un éclairage LED blanc intérieur que lorsqu’il était exposé à une lumière solaire simulée, ce qui pourrait être bénéfique pour les appareils grand public qui passent le plus clair de leur temps à l’intérieur.

Les chercheurs ont noté que leur technologie d’affichage est une preuve de concept et qu’elle nécessite davantage de travail pour atteindre une taille utile pour l’électronique grand public. La longévité est également un problème, car les matériaux pérovskites actuels se dégradent rapidement : l’article fait état d’une « durée de vie opérationnelle » de seulement 18,5 heures.

« Le matériau est facile à fabriquer, mais il est également facile à dégrader », souligne Chunxiong Bao. « De nombreux chercheurs tentent d’améliorer la durée de vie du dispositif. Notre dispositif n’est pas stable, mais certains groupes font état de pérovskites dont la durée de vie est beaucoup plus longue ». Un groupe de chercheurs de l’université de Princeton a produit des semi-conducteurs pérovskites d’une durée de vie de 30 ans, offrant ainsi une piste pour résoudre le problème de la longévité.

https://spectrum.ieee.org/led-display-perovskite-charger

https://www.princeton.edu/news/2022/06/29/once-seen-fleeting-new-solar-tech-proves-its-lasting-power

https://www.nature.com/articles/s41928-024-01151-x#Fig4