Результаты новой работы физиков могут привести к созданию более простых, легких и дешевых солнечных панелей.
Исследователи стали свидетелями уникального явления, которое прежде считалось возможным только при наличии металлических оксидов в органических полупроводниках. Возглавляемое специалистами из Кембриджа исследование выявило многообещающий метод захвата света и преобразования его энергии в электрическую форму. Этот прорыв способен изменить область солнечной энергетики и электронной техники, сообщает ScienceDaily.
В центре исследования оказался спинорадикальный органический полупроводник P3TTM. В основе каждой молекулы этого вещества содержится один неспаренный электрон, что определяет его уникальные магнитные и электронные свойства. Сначала это семейство молекул привлекло внимание ученых своей высокой флуоресценцией, что оказалось полезным для разработки органических светодиодов. В дальнейшем было обнаружено еще одно замечательное свойство.
«Обычно в органических соединениях электроны образуют стабильные пары и практически не влияют друг на друга. Наша система демонстрирует совершенно другой эффект: когда молекулы сближаются, их отдельные электроны начинают взаимодействовать, располагаясь в чередующемся порядке, направленном вверх-вниз. Подобное поведение характерно для изоляции по механизму Мотта-Хаббарда. Когда такая структура поглощает световую энергию, один из электронов перемещается на ближайшую позицию, образуя пару противоположных зарядов, которые могут служить источником электричества», — объясняет один из авторов исследования Бивен Ли.
Исследовательская группа решила подтвердить полученный эффект экспериментальным путем, создав солнечный элемент на основе тонкой пленки P3TTM. Устройство показало удивительную эффективность, близкую к абсолютной — практически каждый фотон, попадающий в него, успешно преобразуется в полезный электрический ток.
Традиционные органические солнечные элементы требуют использования двух различных веществ: одно — для эмиссии электронов, другое — для их приема, и контакт между ними часто становится причиной снижения производительности устройства. В отличие от этого, новинка обеспечивает полный цикл преобразования исключительно с помощью одного материала. Электроны после поглощения фотона естественным образом мигрируют к соседним молекулам того же типа, формируя необходимые разделения зарядов. По словам ученых, результаты нового исследования открывают путь к будущему производству солнечных элементов из одного универсального, легковесного и экономически целесообразного материала.
Фото: hi-tech.mail.ru