Органичен полупроводник революционно променя слънчевите елементи: “Ефективност при събиране на заряда, близка до единица“

Британски изследователи от Кеймбридж откриха органичен полупроводник, който може ефективно да преобразува светлината в електричество.

Изследователите са открили, че специална органична полупроводникова молекула може да генерира електричество по начин, за който досега се е смятало, че е уникален за неорганичните материали. Изследването е проведено от екип от физици, ръководен от професор Сър Ричард Френд, и екип от химици, ръководен от професор Хуго Бронщайн. 

Изследването се фокусира върху органичната молекула P3TTM – органичен спин-радикален полупроводник. Учените откриха, че при близко разположение на молекулите в този полупроводник, уникалните взаимодействия между нечетните електрони позволяват превръщането на фотона в пригоден за използване електрически заряд.

В повечето органични материали електроните образуват двойки и практически не взаимодействат помежду си. В тази система обаче, когато електроните се сдвояват, взаимодействието между нечетните електрони в съседните области ги кара да се подреждат последователно нагоре и надолу. Чрез абсорбиране на светлина, един от тези електрони прескача към съседния си, създавайки положителни и отрицателни заряди, които могат да бъдат използвани за генериране на електрически ток.

Това е значително подобрение спрямо традиционните слънчеви клетки, които изискват комбинация от два различни материала – донор и акцептор на електрони – за генериране на електричество от светлината, което ограничава общата им ефективност.

Според резултатите от лабораторните тестове материалът демонстрира собствена ефективност, показвайки квантов добив на генериране на заряд до 40% в една конфигурация. В друга конфигурация, използвайки проста слънчева клетка, направена от тънък филм от същия P3TTM, изследователите регистрираха почти перфектна ефективност на събиране на заряд от близо 100%. 

Изследователите обаче не предоставят данни за общата ефективност на преобразуване на енергия и в двете конфигурации. Този пробив би могъл да улесни разработването на компактни, високоефективни и евтини слънчеви клетки, използващи един материал вместо два. Ако бъде успешно интегрирана, тази технология би могла да формира основата за следващото поколение самозареждащи се електронни устройства.

Резултатите от изследването са публикувани в списание Nature.