Vědci hlásí zásadní objev: Solární články budou lehčí, levnější a efektivnější

Nová organická molekula mění pravidla

Vědci z University of Cambridge představili objev, který může změnit budoucnost solární energie. Objevili organickou sloučeninu s názvem P3TTM, jež dokáže proměnit světlo na elektřinu podobně jako běžné anorganické materiály, ale s jednodušší strukturou. Výsledky jejich práce vyšly v prestižním časopise Nature Materials.

Tým vedený Biwenem Li z Cavendish Laboratory spolupracoval s profesory Hugem Bronsteinem a Richardem Friendem. Společně popsali zcela nový způsob, jak mohou organické materiály vyrábět elektrický proud – bez nutnosti kombinovat dvě různé látky, jak tomu bylo doposud.

Samotná molekula P3TTM je výjimečná tím, že má „nepárový“ elektron, který se může snadno uvolnit, když na ni dopadne světlo. Právě tato vlastnost umožňuje vznik elektrického náboje. I když jde o drobnou částici, její chování vědcům otevřelo zcela nové možnosti, jak využít organické materiály pro výrobu energie.

Jak P3TTM funguje v praxi

Zjednodušeně řečeno, molekuly P3TTM mezi sebou vytvářejí zvláštní spojení díky volným elektronům, které nejsou pevně svázané v párech. Když na tento materiál dopadne světlo, jeden z těchto elektronů se „vydá na cestu“ k sousední molekule. Tím vznikne dvojice opačných nábojů – kladný a záporný – a ty lze následně zachytit jako elektrický proud.

V laboratorních testech dokázal tento materiál přeměnit světlo na elektrický náboj s velmi slušnou účinností. V určitých směsích dosáhli vědci až 40% kvantového výtěžku, což znamená, že téměř polovina zachycených fotonů vytvořila využitelný elektrický náboj. To je na čistě organický materiál pozoruhodný výsledek.

Ještě zajímavější je, že když vědci použili čistý film P3TTM bez dalších příměsí, podařilo se jim naměřit téměř stoprocentní účinnost sběru náboje. Jinými slovy – téměř každý vzniklý elektron byl úspěšně zachycen a přeměněn na proud. To ukazuje, že tento materiál má výjimečně efektivní vnitřní mechanismus pro přenos energie ze světla do elektřiny.

Nový směr pro solární energii

Objev otevírá reálnou možnost jednodušších a lehčích solárních článků složených z jediného organického materiálu místo současných dvoukomponentních donor–akceptor struktur. To by mohlo zlevnit výrobu a usnadnit integraci do kompaktních elektronických zařízení.

Vědci zatím měřili především účinnost přeměny světla na elektrické náboje, nikoliv celkovou účinnost přeměny slunečního záření na elektřinu (tzv. PCE). Výzkum je zatím ve fázi laboratorních experimentů a k reálnému využití bude potřeba doladit konstrukci i stabilitu materiálu.

Studie však přináší zcela nový pohled na fungování organických látek. Ukazuje, že i materiály s volnými elektrony – tzv. radikály – mohou samy o sobě vytvářet elektrické náboje bez nutnosti složitých vrstev. Další výzkum se teď zaměří na dlouhodobou stabilitu, škálovatelnost a skutečnou účinnost těchto nových struktur, aby mohly jednou konkurovat klasickým solárním článkům.

Zdroj: Nature