Forschern der Universität Cambridge ist ein bedeutender Durchbruch im Bereich der nachhaltigen Energiegewinnung gelungen. Am 15. Oktober 2025 gaben sie die Entdeckung eines bislang unbekannten Quantenmechanismus in einem organischen Halbleitermaterial bekannt. Diese bahnbrechende Erkenntnis besitzt das Potenzial, die Herstellung von Solarmodulen grundlegend zu vereinfachen und kostengünstiger zu gestalten. Die Innovation liegt darin, dass ein spezifisches organisches Molekül eine nahezu perfekte Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie demonstriert. Dabei nutzt es ein quantenmechanisches Verhalten, welches man zuvor ausschließlich anorganischen Metalloxiden zugeschrieben hatte.
Die interdisziplinäre Forschungsgruppe, bestehend aus Spezialisten der Fachbereiche Chemie und Physik, konzentrierte ihre Untersuchungen auf den organischen Spinfrei-Radikal-Halbleiter P3TTM. Ein zentrales Merkmal dieser Verbindung ist das Vorhandensein eines einzelnen ungepaarten Elektrons in jedem Molekül, was dem Material einzigartige magnetische und elektrische Eigenschaften verleiht. Wenn P3TTM-Moleküle eine dünne Schicht bilden, beginnen ihre freien Elektronen, in geordneter Weise miteinander zu wechselwirken. Dieses Verhalten erinnert stark an das Konzept des Mott-Hubbard-Isolators, ein fundamentales Prinzip der Festkörperphysik.
Professor Sir Richard Friend und seine Kollegen, darunter auch Professor Hugo Bronstein, beobachteten, dass die Absorption eines Photons einen sogenannten „Sprung“ eines Elektrons zu einem benachbarten Molekül auslöst. Dieser Vorgang erzeugt auf natürliche Weise ein Paar entgegengesetzter Ladungen – eine positive und eine negative – die anschließend als elektrischer Strom abgeführt werden können. Dieses Phänomen beseitigt eine grundlegende Einschränkung, die herkömmlichen organischen Fotozellen inhärent war. Diese benötigten zur effizienten Ladungstrennung eine komplexe Schichtstruktur aus Elektronendonatoren und -akzeptoren, oft als „Sandwich-Struktur“ bezeichnet.
Das experimentelle Solarelement, das auf der P3TTM-Folie basierte, zeigte eine Umwandlungseffizienz, die nahezu hundertprozentig war. Praktisch jedes absorbierte Photon wurde in eine nutzbare Ladung umgewandelt. Diese bemerkenswerte Leistung ebnet den Weg für die Entwicklung von Solarmodulen, die nicht nur einfacher und leichter, sondern auch wirtschaftlich zugänglicher sind. Die Entdeckung trägt auch eine symbolische Bedeutung: Sie fiel zeitlich in die Nähe des 120. Geburtstags von Sir Neville Mott, dessen bahnbrechende Arbeiten die Grundlage für das Verständnis elektronischer Wechselwirkungen in Festkörpern legten.
Die Wissenschaftler betrachten diese Entwicklung nicht lediglich als eine technische Optimierung, sondern als eine entscheidende Chance für die breitere Implementierung von Solarlösungen im Rahmen der globalen Energiewende hin zu erneuerbaren Quellen. Der neue, sich selbst tragende Mechanismus könnte die bisherigen Rekordwirkungsgrade für organische Module übertreffen. Dies eröffnet völlig neue Horizonte für die Schaffung flexibler, dünner und universell einsetzbarer Energiequellen, die sich potenziell in nahezu jede Oberfläche integrieren lassen.