Banbrytande organisk solcell med 100% laddningsinsamlingseffektivitet kan revolutionera solcellstekniken

I en banbrytande upptäckt har ett forskarlag vid University of Cambridge funnit att en speciell organisk halvledarmolekyl kan generera elektricitet med hjälp av en mekanism som tidigare ansetts vara exklusiv för oorganiska material. Arbetet - som publiceras i tidskriften Nature Materials - kan få en enorm inverkan på framtidens solenergi och elektronik genom att möjliggöra utvecklingen av solceller i ett enda material.

Forskningen - ett samarbete mellan professor Sir Richard Friends fysikgrupp och professor Hugo Bronsteins kemigrupp - fokuserade på en organisk molekyl som kallas P3TTM. Det gemensamma teamet upptäckte att när P3TTM-molekylerna packades tätt ihop möjliggjorde de unika interaktionerna mellan de oparade elektronerna omvandlingen av en foton till en användbar elektrisk laddning.

I de flesta organiska material är elektronerna parade och interagerar inte med sina grannar. Men i vårt system, när molekylerna packas ihop, uppmuntrar interaktionen mellan de oparade elektronerna på angränsande platser dem att rikta sig växelvis upp och ner... När de absorberar ljus hoppar en av dessa elektroner till sin närmaste granne och skapar positiva och negativa laddningar som kan extraheras för att ge en fotoström. - Biwen Li, ledande forskare vid Cavendish Laboratory.

Detta innebär ett stort skifte från konventionella solceller, som kräver ett gränssnitt mellan två material - en elektrondonator och en acceptor - för att generera elektricitet, ett upplägg som begränsar cellernas totala effektivitet.

I laboratorietesterna visade materialet ett kvantutbyte för laddningsgenerering på upp till 40% i en konfiguration. I en annan konfiguration med en enkel solcell tillverkad av en ren film av materialet uppmätte forskarna en nästan perfekt laddningssamlingseffektivitet på nära 100%. Teamet rapporterade dock inte om konfigurationernas totala effektomvandlingseffektivitet.

Detta genombrott kan främja utvecklingen av kompakta, högeffektiva och billiga solceller som använder ett enda material istället för två. Om denna teknik integreras framgångsrikt kan den driva nästa generation av självladdande elektroniska enheter.