De wetenschappers van de Universiteit van Cambridge hebben een aanzienlijke doorbraak gerealiseerd op het gebied van duurzame energie. Op 15 oktober 2025 kondigden zij de ontdekking aan van een tot dan toe onbekend kwantummechanisme in een organische halfgeleider. Deze baanbrekende vondst heeft de potentie om de productie van zonnepanelen radicaal te vereenvoudigen en aanzienlijk goedkoper te maken. De essentie van deze innovatie is dat een specifieke organische molecule een bijna perfecte omzetting van lichtenergie naar elektrische energie vertoont. Dit gebeurt door gebruik te maken van kwantumgedrag dat men voorheen uitsluitend toeschreef aan anorganische metaaloxiden.
Het onderzoeksteam, bestaande uit specialisten van zowel de faculteiten Scheikunde als Natuurkunde, richtte zijn aandacht op de organische spin-radicale halfgeleider P3TTM. De cruciale eigenschap van deze verbinding is de aanwezigheid van één ongepaard elektron in elke molecule, wat het materiaal uitzonderlijke magnetische en elektrische kenmerken verleent. Zodra de P3TTM-moleculen een dunne film vormen, beginnen hun vrije elektronen op een geordende wijze met elkaar te interageren. Dit fenomeen vertoont sterke gelijkenissen met het concept van de Mott-Hubbard-isolator, een fundamenteel begrip binnen de fysica van de gecondenseerde materie.
Professor Sir Richard Friend en zijn collega’s, waaronder Professor Hugo Bronstein, documenteerden nauwkeurig hoe de absorptie van een foton een ‘overstap’ van één elektron naar een naburige molecule in gang zet. Dit mechanisme resulteert op natuurlijke wijze in de generatie van een paar tegengestelde ladingen – een positieve en een negatieve lading – die vervolgens effectief kunnen worden opgevangen en als elektrische stroom kunnen dienen. Dit proces is cruciaal voor de efficiënte werking van een zonnecel.
Dit nieuwe fenomeen elimineert een fundamentele beperking die traditioneel kleeft aan organische fotocellen. Voorheen vereisten conventionele organische zonnecellen namelijk een complexe ‘sandwich’-structuur, bestaande uit een elektrondonor en een elektronenacceptor, om een efficiënte scheiding van ladingen te bewerkstelligen. Het P3TTM-materiaal omzeilt deze complexe vereiste volledig. De experimentele zonnecel, die gebaseerd was op de P3TTM-film, liet een conversie-efficiëntie zien die de honderd procent benaderde, wat betekent dat nagenoeg elk geabsorbeerd foton werd omgezet in een bruikbare elektrische lading.
Deze prestatie effent het pad voor de ontwikkeling van zonnepanelen die niet alleen eenvoudiger en lichter zijn, maar ook veel economisch toegankelijker. De ontdekking draagt tevens een symbolische waarde met zich mee, aangezien deze samenvalt met de periode rond de 120e geboortedag van Sir Nevill Mott, wiens baanbrekende onderzoek de basis legde voor het begrip van elektronische interacties in vaste stoffen. De inherente, zelfvoorzienende aard van dit nieuwe kwantummechanisme is ronduit revolutionair te noemen voor de sector.
De wetenschappers beschouwen dit niet louter als een technische verbetering, maar als een cruciale mogelijkheid voor de wijdverbreide implementatie van zonne-oplossingen, essentieel in de mondiale overgang naar hernieuwbare energie. Dit nieuwe, autonome mechanisme kan de eerder behaalde recordrendementen voor organische modules ver overtreffen. Het schept nieuwe perspectieven voor het creëren van flexibele, ultradunne en universele energiebronnen die naadloos in vrijwel elk oppervlak kunnen worden geïntegreerd. Dit markeert een significante sprong voorwaarts in de zoektocht naar een duurzame energietoekomst en maakt zonne-energie breder toepasbaar dan ooit tevoren.