Ученые открыли столетний квантовый секрет для сверхэффективных солнечных панелей

Исследователи из Кембриджского университета обнаружили, что органические молекулы могут имитировать квантовую механику неорганических материалов, преобразуя свет в электричество с исключительной эффективностью. Это открытие может революционизировать солнечную энергетику, позволив создавать ультралегкие панели из одного материала.

Исследование сосредоточено на органическом полупроводнике P3TTM, в каждой молекуле которого находится один неспаренный электрон. Когда молекулы плотно упакованы, их электроны взаимодействуют подобно электронам в изоляторе Мотта-Хаббарда — явление, ранее наблюдавшееся только в неорганических металлических оксидах.

«В нашей системе взаимодействие между неспаренными электронами на соседних участках заставляет их выстраиваться попеременно вверх и вниз — характерный признак поведения Мотта-Хаббарда. При поглощении света один из этих электронов перескакивает на ближайшего соседа, создавая положительные и отрицательные заряды, которые можно извлечь для получения фототока», — объяснил ведущий исследователь Бивень Ли.

Команда создала солнечный элемент из тонкой пленки P3TTM, который продемонстрировал почти идеальную эффективность сбора заряда. В отличие от традиционных органических солнечных элементов, требующих двух разных материалов, новые молекулы выполняют весь процесс преобразования в одном веществе.

Доктор Петри Мурто разработал молекулярные структуры, позволяющие настраивать контакт между молекулами и энергетический баланс, необходимый для разделения зарядов. Это открывает путь к созданию солнечных элементов из единого недорогого и легкого материала.

Открытие имеет историческое значение — оно совпало со 120-летием со дня рождения нобелевского лауреата сэра Невилла Мотта, чьи работы заложили основы современной физики конденсированного состояния.

«Мы не просто улучшаем старые конструкции. Мы пишем новую главу в учебнике, показывая, что органические материалы способны самостоятельно генерировать заряды», — заявил профессор Хьюго Бронштейн.