Прорывной органический солнечный элемент со 100% эффективностью сбора заряда может произвести революцию в солнечных технологиях

В результате революционного открытия исследовательская группа из Кембриджского университета обнаружила, что специальная органическая полупроводниковая молекула может генерировать электричество с помощью механизма, который ранее считался исключительным для неорганических материалов. Работа, опубликованная в журнале Nature Materials, может оказать огромное влияние на будущее солнечной энергии и электроники, позволив создать солнечные батареи из одного материала.

Исследование - совместная работа группы физиков профессора сэра Ричарда Френда и группы химиков профессора Хьюго Бронштейна - было сосредоточено на органической молекуле под названием P3TTM. Совместная команда обнаружила, что когда молекулы P3TTM плотно прилегают друг к другу, уникальное взаимодействие между неспаренными электронами позволяет преобразовать фотон в полезный электрический заряд.

В большинстве органических материалов электроны объединены в пары и не взаимодействуют со своими соседями. Но в нашей системе, когда молекулы собираются вместе, взаимодействие между неспаренными электронами на соседних участках побуждает их попеременно выравниваться вверх и вниз... При поглощении света один из этих электронов перепрыгивает на своего ближайшего соседа, создавая положительный и отрицательный заряды, которые можно извлечь, чтобы получить фототок". - Бивен Ли (Biwen Li), ведущий исследователь Кавендишской лаборатории.

Это представляет собой значительный сдвиг по сравнению с обычными солнечными элементами, которым для выработки электричества требуется взаимодействие двух материалов - донора и акцептора электронов, что ограничивает общую эффективность элементов.

Материал показал себя в лабораторных испытаниях, продемонстрировав квантовый выход для генерации заряда до 40% в одной конфигурации. В другой конфигурации с использованием простого солнечного элемента, изготовленного из чистой пленки материала, исследователи измерили почти идеальную эффективность сбора заряда, близкую к 100%. Однако команда не сообщила об общей эффективности преобразования энергии в этих конфигурациях.

Этот прорыв может способствовать разработке компактных, высокоэффективных и недорогих солнечных элементов, в которых используется один материал вместо двух. В случае успешной интеграции эта технология может стать источником питания для следующего поколения самозаряжающихся электронных устройств.