Een baanbrekende organische zonnecel met 100% efficiëntie in het opvangen van ladingen zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de zonne-energietechnologie

Met een baanbrekende ontdekking heeft een onderzoeksteam van de Universiteit van Cambridge ontdekt dat een speciale organische halfgeleidermolecule elektriciteit kan opwekken met behulp van een mechanisme waarvan eerder werd gedacht dat het exclusief was voor anorganische materialen. Het werk - gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials - zou een enorme invloed kunnen hebben op de toekomst van zonne-energie en elektronica door de ontwikkeling van zonnecellen van één materiaal mogelijk te maken.

Het onderzoek - een samenwerking tussen het natuurkundig team van professor Sir Richard Friend en het scheikundig team van professor Hugo Bronstein - richtte zich op een organische molecule genaamd P3TTM. Het gezamenlijke team ontdekte dat wanneer P3TTM-moleculen dicht op elkaar gepakt werden, de unieke interacties tussen de ongepaarde elektronen de omzetting van een foton in een bruikbare elektrische lading mogelijk maakten.

In de meeste organische materialen zijn elektronen gekoppeld en hebben ze geen interactie met hun buren. Maar in ons systeem, wanneer de moleculen zich samenpakken, moedigt de interactie tussen de ongepaarde elektronen op naburige plaatsen hen aan om zich afwisselend op en neer te richten... Bij het absorberen van licht springt één van deze elektronen op zijn dichtstbijzijnde buur, waardoor positieve en negatieve ladingen worden gecreëerd die kunnen worden geëxtraheerd om een fotostroom te geven. - Biwen Li, hoofdonderzoeker bij het Cavendish Laboratory.

Dit betekent een grote verschuiving ten opzichte van conventionele zonnecellen, die een interface tussen twee materialen - een elektronendonor en een acceptor - nodig hebben om elektriciteit op te wekken, een opstelling die de algehele efficiëntie van de cellen beperkt.

Het materiaal deed het goed in laboratoriumtests en toonde een kwantumrendement voor het genereren van lading tot 40% in één configuratie. In een andere configuratie, waarbij een eenvoudige zonnecel van een pure film van het materiaal werd gebruikt, maten de onderzoekers een bijna perfecte efficiëntie voor het opvangen van ladingen van bijna 100%. Het team rapporteerde echter niet over de totale energieomzettingsefficiëntie van de configuraties.

Deze doorbraak zou de ontwikkeling kunnen bevorderen van compacte, zeer efficiënte en goedkope zonnecellen die gebruik maken van één materiaal in plaats van twee. Als deze technologie met succes geïntegreerd wordt, zou ze de volgende generatie zelfopladende elektronische apparaten van stroom kunnen voorzien.