Az organikus molekula, ami forradalmasíthatja a napelemeket

Egy évszázados kvantumelméleti rejtély megfejtése hatalmas áttörést hozhat a napenergia és az elektronika világában. A Cambridge-i Egyetem kutatói váratlan jelenséget figyeltek meg: egy organikus félvezető molekula, a P3TTM úgy viselkedik, mint az eddig csak szervetlen fém-oxidoknál ismert Mott–Hubbard-szigetelő. Ez a felfedezés egészen új, hatékony módot nyithat a fény elektromos árammá alakításában, lehetővé téve, hogy a jövőben pehelykönnyű, olcsó napelemek készüljenek akár egyetlen anyagból is.

Egy molekula, maga a csoda

A P3TTM nevű spin-radikális organikus félvezető középpontjában egy párosítatlan elektron található, így a molekula különleges mágneses és elektromos tulajdonságokat mutat. Kémikusok és fizikusok együttműködéséből jött létre ez a molekulacsalád, eleinte a kifejezetten erős fénykibocsátás miatt, amit OLED-eknél tudtak hasznosítani. Most azonban egy új tulajdonságra bukkantak: ha ezek a molekulák szorosan egymás mellé rendeződnek, párosítatlan elektronjaik úgy helyezkednek el, hogy felváltva felfelé és lefelé mutatnak, mintha a Mott–Hubbard-szigetelő klasszikus viselkedését utánoznák. Fény hatására ezek az elektronok képesek átlépni a szomszédos molekulára, így pozitív és negatív töltéshordozók keletkeznek, amelyek fotóáramot szolgáltatnak.

Csúcshatékonyságú, egyszerűsített napelemek

A kutatók egy vékony P3TTM-filmből építettek napelemet, és a hatásfok szinte tökéletes lett: a beeső fotonok szinte kivétel nélkül elektromos árammá alakultak. A hagyományos organikus napelemekhez két anyag kell (adó és elfogadó), ezek viszont önállóan elvégzik a teljes áramtermelési folyamatot. A feltöltött állapot eléréséhez szükséges energia (az úgynevezett Hubbard U) minimális, így a hatékonyság magas.

Történelmi visszacsatolás

Dr. Petri Murto vezetésével pontosan lehetett hangolni a molekulák kapcsolódását és az energiamérleget, hogy kialakuljon a kívánt töltésleválasztás. A felfedezés történelmi jelentőségét mi sem mutatja jobban, mint hogy Sir Richard Friend, a kutatás vezetője, pályája kezdetén maga is dolgozott együtt Sir Nevill Mott-tal, akinek fizikusi öröksége most, születésének 120. évfordulóján új értelmet nyer.

A kutatók szerint ez nem egyszerű finomhangolás, hanem új fejezet kezdete: organikus anyagok is képesek saját maguk létrehozni a szükséges töltéshordozókat, ami teljesen új irányt nyithat a napelem-fejlesztésben.

2025, adrienne, www.sciencedaily.com alapján