Британські дослідники з Кембриджу виявили органічний напівпровідник, здатний ефективно перетворювати світло на електрику.

Дослідники встановили, що особлива молекула органічного напівпровідника здатна генерувати електрику у спосіб, який раніше вважався властивим лише неорганічним матеріалам. Дослідження було проведене командою фізиків під керівництвом професора сера Річарда Френда та командою хіміків під керівництвом професора Хьюго Бронштейна. 

Дослідження було присвячене органічній молекулі P3TTM — органічного спін-радикального напівпровідника. Науковці виявили, що за близького розміщення молекул у цьому напівпровіднику унікальні взаємодії між непарними електронами дозволяють перетворювати фотон у придатний для використання електричний заряд.

У більшості органічних матеріалів електрони утворюють пари та практично не взаємодіють один з одним. Однак у цій системі, коли електрони об’єднуються у пари, взаємодія між непарними електронами на сусідніх ділянках спонукає їх вишикуватись поперемінно вгору і вниз. Поглинаючи світло, один з цих електронів перестрибує на сусідній, створюючи позитивні та негативні заряди, які можна використати, генеруючи електричний струм.

Це значний прогрес, порівняно із традиційними сонячними елементами, яким для генерації електрики зі світла необхідна комбінація з двох різних матеріалів — донора та акцептора електронів, що обмежує їхню загальну ефективність. 

За результатами лабораторних випробувань матеріал продемонстрував власну ефективність, показавши квантовий вихід генерації заряду до 40% в одній конфігурації. В іншій конфігурації з використанням простого сонячного елемента, виготовленого з тонкої плівки того самого P3TTM, дослідники зафіксували практично ідеальну ефективність збирання електричного заряду, близьку 100%. 

Однак дослідники не надали даних щодо загальної ефективності перетворення енергії в обох конфігураціях. Цей прорив може сприяти розробці компактних, високоефективних та недорогих сонячних елементів, які використовують один матеріал замість двох. У разі успішної інтеграції ця технологія може стати основою для наступного покоління електронних пристроїв, що самозаряджаються.

Результати дослідження опубліковані у журналі Nature

Джерело: TechXplore; NotebookCheck