Науковці з Кембриджського університету досягли значного прориву у сфері сталої енергетики, ідентифікувавши досі невідомий квантовий механізм, що діє в органічному напівпровіднику. Це відкриття, про яке було офіційно оголошено 15 жовтня 2025 року, має потенціал кардинально спростити та здешевити виробництво фотоелектричних панелей, зробивши їх доступними для масового споживача. Суть інновації полягає в тому, що певна органічна молекула демонструє майже ідеальне перетворення світлової енергії на електричну. Вона використовує специфічну квантову поведінку, яка раніше асоціювалася виключно з дорогими та складними у виробництві неорганічними оксидами металів, що робить цей результат особливо вражаючим і відкриває нову еру в матеріалознавстві.
Дослідницька група, що об'єднала експертів з хімічних та фізичних факультетів Кембриджа, сфокусувала свою увагу на органічному спін-радикальному напівпровіднику, відомому як P3TTM. Визначальною особливістю цієї сполуки є наявність одного неспареного електрона в кожній молекулі, що надає їй унікальних магнітних та електропровідних властивостей. Коли молекули P3TTM формують надтонку плівку, їхні вільні електрони починають взаємодіяти впорядковано. Ця поведінка нагадує фундаментальну концепцію фізики конденсованого стану — ізолятор Мотта-Габбарда, що є ключовим для розуміння електронних взаємодій.
Професор сер Річард Френд та його колеги, серед яких був і професор Х'юго Бронштейн, зафіксували надзвичайно ефективний процес. Вони виявили, що поглинання фотона ініціює миттєвий «перескок» одного електрона до сусідньої молекули. Цей процес природним чином генерує пару протилежних зарядів — позитивний та негативний, які потім можна легко вилучити для створення електричного струму. Це явище вирішує ключову проблему, яка обмежувала традиційні органічні фотоелементи: їм завжди була потрібна складна «сендвіч-структура» з донора та акцептора електронів для ефективного розділення зарядів. Новий самодостатній механізм повністю усуває цю необхідність.
Експериментальний сонячний елемент, розроблений на основі плівки P3TTM, продемонстрував ефективність перетворення, яка наближається до стовідсоткової. Це означає, що практично кожен поглинений фотон перетворювався на корисний електричний заряд. Це досягнення відкриває прямий шлях до створення сонячних панелей, які будуть значно простішими у виробництві, легшими та економічно доступнішими для широкого вжитку. Варто зазначити, що це відкриття має і символічне значення, оскільки воно збіглося з періодом, близьким до 120-ї річниці від дня народження сера Невілла Мотта, чиї наукові праці заклали основу для розуміння електронних взаємодій у твердих тілах.
Науковці розглядають цей результат не просто як технічне вдосконалення, а як потужний каталізатор для ширшого впровадження сонячних технологій у контексті глобального переходу до відновлюваних джерел енергії. Новий, самодостатній механізм, що не вимагає складних допоміжних шарів, може перевершити раніше зафіксовані рекордні показники коефіцієнта корисної дії для органічних модулів. Це відкриває горизонти для розробки гнучких, надтонких та універсальних джерел енергії. Такі елементи можна буде інтегрувати практично в будь-яку поверхню — від вікон та фасадів будівель до портативної електроніки чи навіть одягу. Це забезпечить справжню енергетичну децентралізацію та значно прискорить глобальні зусилля зі скорочення викидів вуглецю.