Przełomowe organiczne ogniwo słoneczne o 100% skuteczności gromadzenia ładunku może zrewolucjonizować technologię solarną

W przełomowym odkryciu, zespół badawczy z Uniwersytetu w Cambridge odkrył, że specjalna organiczna cząsteczka półprzewodnikowa może generować energię elektryczną przy użyciu mechanizmu, który wcześniej uważano za wyłączny dla materiałów nieorganicznych. Praca ta - opublikowana w czasopiśmie Nature Materials - może mieć ogromny wpływ na przyszłość energii słonecznej i elektroniki, umożliwiając rozwój jednomateriałowych ogniw słonecznych.

Badania - prowadzone we współpracy zespołu fizyków profesora Sir Richarda Frienda i zespołu chemików profesora Hugo Bronsteina - koncentrowały się na cząsteczce organicznej o nazwie P3TTM. Wspólny zespół odkrył, że gdy cząsteczki P3TTM są blisko siebie, unikalne interakcje między niesparowanymi elektronami pozwalają na konwersję fotonu w użyteczny ładunek elektryczny.

W większości materiałów organicznych elektrony są sparowane i nie oddziałują ze swoimi sąsiadami. Ale w naszym systemie, gdy cząsteczki są spakowane razem, interakcja między niesparowanymi elektronami w sąsiednich miejscach zachęca je do ustawiania się naprzemiennie w górę iw dół... Po pochłonięciu światła jeden z tych elektronów przeskakuje na najbliższego sąsiada, tworząc dodatnie i ujemne ładunki, które można wyodrębnić, aby uzyskać fotoprąd. - Biwen Li, główny badacz w Cavendish Laboratory.

Stanowi to poważną zmianę w stosunku do konwencjonalnych ogniw słonecznych, które wymagają interfejsu między dwoma materiałami - donorem elektronów i akceptorem - do generowania energii elektrycznej, co ogranicza ogólną wydajność ogniw.

Materiał sprawdził się w testach laboratoryjnych, wykazując wydajność kwantową generowania ładunku do 40% w jednej konfiguracji. W innej konfiguracji, wykorzystującej proste ogniwo słoneczne wykonane z czystej warstwy materiału, naukowcy zmierzyli niemal idealną wydajność gromadzenia ładunku bliską 100%. Zespół nie podał jednak ogólnej wydajności konwersji energii w tych konfiguracjach.

Przełom ten może sprzyjać rozwojowi kompaktowych, wysoce wydajnych i tanich ogniw słonecznych, które wykorzystują pojedynczy materiał zamiast dwóch. W przypadku pomyślnej integracji, technologia ta mogłaby zasilić następną generację samoładujących się urządzeń elektronicznych.