'Onmogelijke' doorbraak: zonnecel haalt bijna 100% efficiëntie dankzij één molecuul
In dit artikel:
Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge publiceerden in Nature Materials een doorbraak: een enkel organisch molecuul (P3TTM) kan zelfstandig licht omzetten in elektrische ladingen. Dat doorbreekt een vrijwel eeuwoude veronderstelling dat twee verschillende materialen (één die elektronen afgeeft en één die ze opneemt) nodig zijn om stroom te genereren. Professor Hugo Bronstein zei hierover: “We schrijven een nieuw hoofdstuk in de leerboeken.”
P3TTM is een zogenaamde spin-radicaal halfgeleider met één ongepaard elektron per molecuul. Wanneer zulke moleculen dicht opeengepakt worden, ordenen de spins van naburige ongepaarde elektronen zich afwisselend — een gedrag dat lijkt op Mott‑Hubbard-fysica, een verschijnsel dat tot nu toe vooral in complexe anorganische materialen voorkwam. Bij lichtabsorptie verhuist een elektron naar een buurmolecuul, waardoor direct positieve en negatieve ladingen ontstaan die als stroom afgetapt kunnen worden. Biwen Li noemde dit het “de echte magie”.
In proefopstellingen maakten de onderzoekers een dunne film van P3TTM en lieten zien dat bijna alle geabsorbeerde fotonen omgezet worden in ladingsdragers — een intern omzettingsrendement dat zeer dicht bij 100% ligt. Belangrijk onderscheid: dit betreft de interne efficiëntie van het molecuul (hoeveel fotonen ladingen genereren), niet het commerciële rendement van een volwaardig zonnepaneel op het dak.
De implicaties zijn groot: als deze eigenschap zich laat schaalvergroten en combineren met duurzaamheid en levensduur, kunnen toekomstige zonnecellen lichter, flexibeler en goedkoper worden omdat ze uit één eenvoudig organisch materiaal bestaan en complexere interfaces overbodig maken. Tegelijk blijft praktische toepassing nog een volgende stap: stabiliteit, productie op grote schaal en daadwerkelijke conversie naar bruikbare module-efficiëntie moeten nog worden aangetoond voordat de techniek commerciële zonnepanelen kan vervangen.