作為一種可再生能源，太陽能正變得越來越重要。在太陽光中發現的波長短於400納米的高能紫外線可以以多種方式加以利用，如光聚合和激活光催化劑，通過一個被稱為”人工光合作用”的過程生產綠色氫氣或有用的碳氫化合物。

低強度的可見藍光或較低能量的光子被轉換為較高能量的紫外線光子，使用的是在圓形玻璃基底上形成的固體薄膜。

紫外線通過光催化反應有效殺死病毒和細菌的能力是另一個重要的應用。然而，只有一小部分太陽光屬於紫外線範圍，使得大部分光譜無法用於這一目的。

光子上轉換（UC）可能是解決這一問題的關鍵。它是將長波長、低能量的光子（如存在於可見光中的光子）通過一個被稱為”三倍體-三倍體湮滅”（TTA）的過程轉換為短波長、高能量的光子（如存在於紫外光中的光子）。

該領域以前的工作報告了使用有機溶劑溶液的可見光到紫外線的UC，這些溶液需要首先脫氧，然後密封在一個密閉的容器中，以防止暴露在氧氣中，而氧氣會使基於TTA的光子UC樣品失活和退化。這些材料不僅在氧氣存在的情況下缺乏光穩定性，而且在陽光強度的入射光下也不能有效地發揮作用。這些問題給光子UC的實際應用帶來了障礙。

現在，東京理工大學的兩位科學家–村上洋一教授和他的研究生榎本力已經想出了解決這些問題的辦法–一種革命性的固體薄膜，可以對微弱的入射光進行可見光到紫外線的光子UC，同時在空氣中保持前所未有的光穩定性。他們在發表於《材料化學雜誌C》的論文中描述了這一突破性發明。

村上洋一教授解釋了他們研究的新穎性。”我們的發明將使低強度光的可見部分，如太陽光和LED室內光，能夠被實際利用，用於有效利用紫外線的應用。而且它的光穩定性–經證明至少超過100小時，即使在空氣存在的情況下–是任何基於TTA的光子UC材料有史以來最高的報告，無論材料形式如何。”

除了這一創紀錄的光穩定性，這些薄膜還具有超低的激發閾值（只有0.3倍的太陽強度）和4.3%的高UC量子產率（歸一化UC發射效率為8.6%）–兩者都在空氣中存在，這使得這種材料成為獨一無二存在，因為大多數這類材料在暴露於空氣中時都會失去其光子UC能力。

為了製備這種材料，研究人員將增感劑（即能夠吸收較長波長光子的分子髮色團）與大量的湮滅劑（即從增感劑中接收三重激發能量，然後引起TTA過程的有機分子）融為一體；增感劑和湮滅劑的組合由研究人員選定。然後，這種雙組分熔體在一個溫度梯度控制的表面上被冷卻，形成一個固態的可見光至紫外光子UC薄膜。

這種新穎的溫度梯度凝固技術具有高度的可控性和可重複性，這意味著它與現實的工業流程是兼容的。村上教授表示：”我們相信，溫控凝固可以為開發先進的光子UC薄膜提供堅實的基礎，這也是在不使用有機溶劑的情況下在固體基底上進行的，這項工作首次證明了這一點。”

最後，為了證明該薄膜的可見光-紫外線光子UC，研究人員用僅由可見光組成的1個太陽強度的模擬太陽光成功地固化了一種樹脂，否則需要用紫外線來完成同樣的過程。

這項研究首次提出了一類具有前所未有的光穩定性的新型UC固體，可以現實地用於在空氣存在下將低強度可見光光子上轉換為紫外線光子。”村上教授總結說：”我們的研究不僅將擴大對一類新的紫外光生成材料的探索，而且還將有助於大幅拓寬豐富的微弱可見光的效用，使其走向由紫外光驅動的應用。