Ученые из Кембриджского университета совершили значительный прорыв в области устойчивой энергетики, обнаружив ранее неизвестный квантовый механизм в органическом полупроводнике. Это открытие, о котором было объявлено 15 октября 2025 года, потенциально способно радикально упростить и удешевить производство солнечных панелей. Суть инновации заключается в том, что определенная органическая молекула демонстрирует почти идеальное преобразование световой энергии в электрическую, используя квантовое поведение, которое ранее приписывалось исключительно неорганическим оксидам металлов.
Исследовательская группа, объединившая специалистов с кафедр химии и физики, сосредоточила свое внимание на органическом спин-радикальном полупроводнике P3TTM. Ключевой характеристикой этого соединения является наличие одного неспаренного электрона в каждой молекуле, что придает ему уникальные магнитные и электрические свойства. Когда молекулы P3TTM формируют тонкую пленку, их свободные электроны начинают упорядоченно взаимодействовать, напоминая концепцию изолятора Мотта-Габбарда, фундаментальную для физики конденсированного состояния.
Профессор сэр Ричард Френд и его коллеги, включая профессора Хьюго Бронштейна, зафиксировали, что поглощение фотона инициирует «перескок» одного электрона к соседней молекуле. Этот процесс естественным образом генерирует пару противоположных зарядов — положительный и отрицательный, которые затем могут быть извлечены в виде электрического тока. Данное явление устраняет фундаментальное ограничение, присущее традиционным органическим фотоэлементам, которым для эффективного разделения зарядов требовалась сложная «сэндвичная» структура из донора и акцептора электронов.
Экспериментальный солнечный элемент, созданный на основе пленки P3TTM, продемонстрировал эффективность преобразования, близкую к стопроцентной, где практически каждый поглощенный фотон превращался в полезный заряд. Это достижение открывает путь к созданию более простых, легких и экономически доступных солнечных панелей. Открытие имеет и символическое значение, поскольку оно совпало с периодом, близким к 120-й годовщине со дня рождения сэра Невилла Мотта, чьи труды заложили основу для понимания электронных взаимодействий в твердых телах.
Ученые видят в этом не просто техническое усовершенствование, а возможность для более широкого внедрения солнечных решений в контексте глобального перехода к возобновляемой энергетике. Новый, самодостаточный механизм может превзойти ранее рекордные КПД для органических модулей, открывая горизонты для создания гибких, тонких и универсальных источников энергии, интегрируемых практически в любую поверхность.