Az áttörést jelentő, 100%-os töltésgyűjtési hatékonyságú szerves napelem forradalmasíthatja a szolártechnológiát

A Cambridge-i Egyetem kutatócsoportja úttörő felfedezést tett: egy különleges szerves félvezető molekula képes elektromos áramot termelni egy olyan mechanizmus segítségével, amelyről korábban azt hitték, hogy kizárólag szervetlen anyagokra jellemző. A Nature Materials című folyóiratban közzétett munka óriási hatással lehet a napenergia és az elektronika jövőjére, mivel lehetővé teszi az egyanyagú napelemek kifejlesztését.

A kutatás - amely Sir Richard Friend professzor fizikus és Hugo Bronstein professzor kémikus csapatának együttműködésében valósult meg - egy P3TTM nevű szerves molekulára összpontosított. A közös csapat felfedezte, hogy amikor a P3TTM molekulák szorosan egymáshoz kapcsolódnak, a párosítatlan elektronok közötti egyedi kölcsönhatások lehetővé teszik a fotonok átalakítását használható elektromos töltéssé.

A legtöbb szerves anyagban az elektronok párosítva vannak, és nem lépnek kölcsönhatásba szomszédaikkal. A mi rendszerünkben azonban, amikor a molekulák egymás mellé tömörülnek, a szomszédos helyeken lévő párosítatlan elektronok közötti kölcsönhatás arra ösztönzi őket, hogy felváltva felfelé és lefelé igazodjanak... A fény elnyelésekor az egyik ilyen elektron a legközelebbi szomszédjára ugrik, pozitív és negatív töltéseket hozva létre, amelyek fotóáramot eredményezve kivonhatók. - Biwen Li, a Cavendish Laboratórium vezető kutatója.

Ez jelentős változást jelent a hagyományos napelemekhez képest, amelyeknél két anyag - egy elektrondonor és egy akceptor - közötti határfelületre van szükség az áramtermeléshez, ami korlátozza a cellák teljes hatékonyságát.

Az anyag a laboratóriumi tesztek során is jól teljesített, és egy konfigurációban akár 40%-os kvantumhozamot mutatott a töltésgeneráláshoz. Egy másik konfigurációban, amelyben az anyag tiszta filmjéből készült egyszerű napelemet használtak, a kutatók közel 100%-os töltésgyűjtési hatékonyságot mértek. A csapat azonban nem számolt be a konfigurációk teljes energiaátalakítási hatékonyságáról.

Ez az áttörés elősegítheti olyan kompakt, nagy hatékonyságú és olcsó napelemek kifejlesztését, amelyek két anyag helyett egyetlen anyagot használnak. Ha sikeresen integrálják, ez a technológia az öntöltő elektronikai eszközök következő generációjának energiaellátását biztosíthatja.