Cambridge breekt een eeuwoude fysieke grens: een enkel organisch molecuul zet bijna al het licht om in stroom, en belooft de toekomst van zonne-energie volledig te veranderen.
Een team van de Universiteit van Cambridge heeft iets gedaan wat bijna een eeuw lang onmogelijk werd geacht: een enkel, eenvoudig organisch materiaal gebruiken om elektriciteit op te wekken uit licht. Volgens de studie, gepubliceerd in Nature Materials, zou deze ontdekking de weg kunnen effenen voor lichtere, goedkopere en eenvoudig te produceren zonnecellen.
Een nieuw hoofdstuk voor zonne-energie
Traditionele zonnecellen bestaan uit twee verschillende materialen: één dat elektronen afgeeft en één dat ze opneemt. Dit is nodig om een elektrisch veld te creëren dat stroom kan opwekken. Maar het Cambridge-team ontdekte dat een enkel molecuul, P3TTM, deze taak volledig zelfstandig kan uitvoeren.
Professor Hugo Bronstein, auteur van de studie, stelt: “We schrijven een nieuw hoofdstuk in de leerboeken. Organische materialen kunnen nu op zichzelf ladingen genereren.”
Magie van fysica
P3TTM is een zogenaamd spin-radicaal organisch halfgeleider. In het hart van het molecuul bevindt zich één ongepaard elektron, dat unieke elektronische en magnetische eigenschappen geeft.
Wanneer deze moleculen dicht op elkaar worden gepakt, richten de ongepaarde elektronen van naburige moleculen zich afwisselend omhoog en omlaag. Dit gedrag is een kenmerk van de Mott-Hubbard-fysica. Een fenomeen dat tot nu toe alleen bekend was uit complexe, anorganische materialen zoals metaaloxiden.
Het resultaat: zodra het molecuul licht absorbeert, “springt” een elektron naar het naastgelegen molecuul. Hierdoor ontstaan positieve en negatieve ladingen die direct als stroom kunnen worden afgetapt. Lead researcher Biwen Li noemt dit “de echte magie”.
Bijna 100% efficiëntie
Om het concept te demonstreren, maakte het team een zonnecel bestaande uit een dunne film van P3TTM. Het resultaat was verbluffend: het apparaat behaalde een bijna-universele ladingopbrengst. Simpel gezegd: vrijwel alle geabsorbeerde fotonen werden omgezet in elektriciteit.
Vergelijk dit met traditionele zonnecellen, waar altijd energie verloren gaat bij het scheiden van ladingen tussen twee materialen. Deze nieuwe organische zonnecellen kunnen dit proces volledig zelf uitvoeren, wat de productie aanzienlijk eenvoudiger en goedkoper kan maken.
Belangrijk om te onthouden: het gaat niet om het commerciële rendement dat je bij zonnepanelen op je dak zou meten, maar om de interne efficiëntie van het molecuul. Bijna elke geabsorbeerde foton wordt daadwerkelijk omgezet in een ladingsdrager. In de wereld van zonnecelonderzoek is dat écht uitzonderlijk — bijna “perfect”.
Wat betekent dit voor de toekomst?
De ontdekking opent de deur naar een nieuwe generatie zonnecellen die lichter, flexibeler en goedkoper zijn dan huidige technologieën. Omdat het materiaal eenvoudig te produceren is en slechts één type molecuul nodig heeft, kan dit de massaproductie van duurzame energie aanzienlijk versnellen.
Deze aanpak kan een krachtige nieuwe route vormen voor efficiënte zonne-energie, waarbij bijna alle fotonen worden omgezet in elektriciteit zonder complexe lagen of interfaces.
