Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã đạt được một bước đột phá lớn trong lĩnh vực năng lượng bền vững. Họ đã khám phá ra một cơ chế lượng tử chưa từng được biết đến trước đây tồn tại trong một chất bán dẫn hữu cơ. Khám phá này, được công bố vào ngày 15 tháng 10 năm 2025, có khả năng thay đổi căn bản cách thức sản xuất pin mặt trời, giúp chúng trở nên đơn giản và tiết kiệm chi phí hơn rất nhiều. Điểm cốt lõi của sự đổi mới này là một loại phân tử hữu cơ đặc biệt có khả năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng gần như hoàn hảo. Điều đáng chú ý là nó sử dụng hành vi lượng tử mà trước đây người ta chỉ thấy ở các oxit kim loại vô cơ.
Nhóm nghiên cứu, bao gồm các chuyên gia từ cả khoa Hóa học và Vật lý, đã tập trung nghiên cứu chất bán dẫn gốc spin hữu cơ có tên là P3TTM. Đặc điểm then chốt của hợp chất này là sự hiện diện của một electron không cặp đôi trong mỗi phân tử, mang lại cho nó những đặc tính từ tính và điện học độc đáo. Khi các phân tử P3TTM tạo thành một màng mỏng, các electron tự do của chúng bắt đầu tương tác một cách có trật tự. Hiện tượng này gợi nhớ đến khái niệm về chất cách điện Mott-Hubbard, một nguyên lý cơ bản trong vật lý vật chất ngưng tụ.
Giáo sư Sir Richard Friend và các đồng nghiệp của ông, trong đó có Giáo sư Hugo Bronstein, đã ghi nhận rằng việc hấp thụ một photon sẽ kích hoạt quá trình "nhảy" của một electron sang phân tử lân cận. Quá trình này tự nhiên tạo ra một cặp điện tích đối lập — một điện tích dương và một điện tích âm — mà sau đó có thể được thu thập dưới dạng dòng điện. Hiện tượng này giải quyết được một hạn chế cơ bản cố hữu trong các tế bào quang điện hữu cơ truyền thống. Các tế bào truyền thống đó luôn cần một cấu trúc "sandwich" phức tạp gồm chất cho và chất nhận electron để tách điện tích hiệu quả.
Một tế bào năng lượng mặt trời thử nghiệm được chế tạo dựa trên màng P3TTM đã chứng minh hiệu suất chuyển đổi gần đạt mức một trăm phần trăm. Điều này có nghĩa là gần như mọi photon được hấp thụ đều được chuyển hóa thành điện tích hữu ích. Thành tựu này mở ra khả năng chế tạo các tấm pin mặt trời đơn giản hơn, nhẹ hơn và dễ tiếp cận hơn về mặt kinh tế. Khám phá này còn mang ý nghĩa biểu tượng sâu sắc, vì nó trùng hợp với khoảng thời gian gần kỷ niệm 120 năm ngày sinh của Sir Nevill Mott, người có những công trình nghiên cứu đã đặt nền móng cho sự hiểu biết về tương tác electron trong vật chất rắn.
Các nhà khoa học nhận định rằng đây không chỉ là một cải tiến kỹ thuật đơn thuần. Nó còn là cơ hội để triển khai rộng rãi hơn các giải pháp năng lượng mặt trời trong bối cảnh toàn cầu đang chuyển đổi sang năng lượng tái tạo. Cơ chế mới, tự duy trì này, có thể vượt qua các kỷ lục hiệu suất trước đây đối với các mô-đun hữu cơ. Điều này mở ra chân trời mới cho việc tạo ra các nguồn năng lượng linh hoạt, mỏng nhẹ và đa dụng, có thể tích hợp vào hầu hết mọi bề mặt.