Tim naučnika sa Univerziteta Kembridž napravio je revolucionarno otkriće koje bi moglo u potpunosti da preoblikuje tehnologiju solarnih ćelija. U pitanju je razvoj novog organskog poluprovodničkog materijala, koji omogućava gotovo savršeno prikupljanje sunčeve energije i to korišćenjem samo jednog jedinog materijala.
.jpg)
Ilustracija (Foto: Pexels)
Gotovo sto godina smatralo se da jednostavni organski materijali ne mogu samostalno generisati električna naelektrisanja kada apsorbuju svetlost. Međutim, tim sa Kembridža je dokazao suprotno. Objavili su rezultate istraživanja koji otvaraju nova vrata u oblasti obnovljivih izvora energije.
Profesor Hugo Bronstein, koji je predvodio studiju, istakao je da se ovde ne radi samo o unapređenju postojećih tehnologija, već o pisanju sasvim novog poglavlja u udžbenicima iz fizike - onog u kom organski materijali uspevaju da sami generišu električne naboje.
Oglas
Molekul sa jednim nesparenim elektronom pokreće promenu
U središtu otkrića nalazi se neobičan molekul nazvan P3TTM, koji pripada klasi organskih spin-radikalnih poluprovodnika. Tajna njegove efikasnosti leži u prisustvu jednog nesparenog elektrona, što ovom materijalu daje specifična elektronska i magnetna svojstva.
Vodeći istraživač, Biwen Li, objasnio je da pravo iznenađenje leži u interakcijama između molekula. Kada su zgusnuti jedan pored drugog, nespareni elektroni se međusobno usklađuju - jedan gore, drugi dole.
Ova pojava poznata je u fizici kondenzovane materije kao Mott-Hubbard ponašanje, do sada karakteristično samo za složene neorganske materijale poput metalnih oksida.
Upravo taj mehanizam omogućava nastanak pozitivnih i negativnih naboja odnosno struje koja se lako može izvući i koristiti. Li je istakao da, nakon što molekul apsorbuje svetlost, elektron "skače" na susedni molekul, kreirajući tako električni napon.
Solarna ćelija sa gotovo savršenom efikasnošću
Kako bi demonstrirali praktičnost koncepta, naučnici su napravili solarnu ćeliju koristeći tanki film od P3TTM molekula. Kada su ga izložili svetlosti, rezultati su bili impresivni - gotovo svi apsorbovani fotoni pretvoreni su u električnu energiju.
Za razliku od konvencionalnih solarnih ćelija koje zahtevaju dva različita materijala - jedan za davanje, a drugi za prijem elektrona - ovaj novi materijal obavlja ceo proces samostalno.
Povratak korenima kvantne fizike
Da bi se postigla efikasna separacija naboja, istraživači su pažljivo dizajnirali molekulske strukture koje kontrolišu međusobni kontakt molekula i održavaju energetsku ravnotežu tipičnu za Mott-Hubbard sistem. Ova strategija mogla bi da otvori vrata ka razvoju jeftinijih, jednostavnijih i lakših solarnih panela, sastavljenih samo od jednog materijala.
Ujedno, ceo projekat predstavlja i omaž čuvenom fizičaru Sir Nevilu Mottu, čiji je rad o interakcijama elektrona u kondenzovanim materijama bio temelj za moderna istraživanja u ovoj oblasti.
Profesor Sir Richard Friend, jedan od autora studije, istakao je da su upravo Mottova kvantna pravila bila ključna u razumevanju poluprovodnika, kao i da je izuzetno značajno to što se sada ta ista pravila primenjuju na potpuno novu klasu materijala – organske.
Korak ka održivoj budućnosti
Ovim otkrićem, istraživački tim sa Kembridža je rešio višedecenijsko ograničenje u fizici i otvorio mogućnost proizvodnje solarnih ćelija koje su jednostavne za izradu, vrlo efikasne i prilagođene potrebama održive energetike.
Detalji studije objavljeni su u prestižnom naučnom časopisu Nature Materials, a ceo svet sada sa zanimanjem prati kako će se ovo otkriće dalje razvijati i koje će još granice u fizici biti pomerene.
