Органический полупроводник революционно меняет солнечные элементы: "Эффективность сбора заряда, близка к единице"

Британские исследователи из Кембриджа обнаружили органический полупроводник, способный эффективно преобразовывать свет в электричество.

Исследователи установили, что особая молекула органического полупроводника способна генерировать электричество способом, который ранее считался присущим только неорганическим материалам. Исследование было проведено командой физиков под руководством профессора сэра Ричарда Френда и командой химиков под руководством профессора Хьюго Бронштейна. 

Исследование было посвящено органической молекуле P3TTM — органического спин-радикального полупроводника. Ученые обнаружили, что при близком размещении молекул в этом полупроводнике уникальные взаимодействия между нечетными электронами позволяют превращать фотон в пригодный для использования электрический заряд.

В большинстве органических материалов электроны образуют пары и практически не взаимодействуют друг с другом. Однако в этой системе, когда электроны объединяются в пары, взаимодействие между нечетными электронами на соседних участках побуждает их выстраиваться попеременно вверх и вниз. Поглощая свет, один из этих электронов перепрыгивает на соседний, создавая положительные и отрицательные заряды, которые можно использовать, генерируя электрический ток.

Это значительный прогресс по сравнению с традиционными солнечными элементами, которым для генерации электричества из света необходима комбинация из двух различных материалов — донора и акцептора электронов, что ограничивает их общую эффективность. 

По результатам лабораторных испытаний материал продемонстрировал собственную эффективность, показав квантовый выход генерации заряда до 40% в одной конфигурации. В другой конфигурации с использованием простого солнечного элемента, изготовленного из тонкой пленки того же P3TTM, исследователи зафиксировали практически идеальную эффективность сбора электрического заряда, близкую 100%. 

Однако исследователи не предоставили данных об общей эффективности преобразования энергии в обеих конфигурациях. Этот прорыв может способствовать разработке компактных, высокоэффективных и недорогих солнечных элементов,  использующих один материал вместо двух. В случае успешной интеграции эта технология может стать основой для следующего поколения электронных самозаряжающихся устройств.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature

Источник: TechXplore; NotebookCheck