Cambridge entdeckt organisches Halbleitermaterial, das die Solarzellenproduktion revolutionieren könnte

Forscher finden in einem organischen Radikal-Halbleiter photovoltaische Eigenschaften ein möglicher Durchbruch für leichtere, günstigere und nachhaltigere Solarmodule.

Cambridge entdeckt organisches Halbleitermaterial, das die Solarzellenproduktion revolutionieren könnte

Von der Redaktion EnergyChannel31. Oktober 2025

Wissenschaftler der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich haben eine Entdeckung gemacht, die die Herstellung von Solarmodulen grundlegend verändern könnte. Das Forschungsteam identifizierte photovoltaische Eigenschaften in einem organischen Molekül namens Poly(3-Triphenylmethyl-Thiophen), kurz P3TTM.

Im Gegensatz zu herkömmlichen organischen Halbleitern kann dieses Material alle Funktionen einer Solarzelle in einem einzigen Bestandteil vereinen ein wichtiger Schritt hin zu einfacheren, leichteren und kostengünstigeren Solarzellen.

Eine neue Klasse organischer Halbleiter

Das Besondere an dieser Entdeckung ist der Einsatz sogenannter organischer Radikale, bei denen jedes Molekül ungepaarte Elektronen enthält. Diese Elektronen verleihen dem Material außergewöhnliche elektronische Eigenschaften.

Während sich in herkömmlichen organischen Materialien die Elektronen paarweise verhalten und kaum miteinander wechselwirken, zeigen die P3TTM-Moleküle ein kollektives Verhalten: Ihre ungepaarten Elektronen richten sich abwechselnd nach oben und unten aus ein charakteristisches Merkmal des sogenannten Mott-Hubbard-Verhaltens.

„Wenn sich die Moleküle verbinden, interagieren ihre Elektronen auf besondere Weise und ermöglichen eine effiziente Bewegung von Ladungen nach der Lichtabsorption“, erklärte Biwen Li, Hauptautor der Studie.

Wie das Material Energie erzeugt

Unter Lichteinwirkung können die Elektronen des P3TTM von einem Molekül auf ein benachbartes übergehen und dadurch positive und negative Ladungen erzeugen die Grundlage für elektrischen Strom.

In Versuchen stellten die Forscher eine experimentelle Solarzelle her, die aus Schichten von P3TTM, Indiumzinnoxid (ITO), Buckminster-Fulleren (C60), einem PCBM-Zwischenlayer und einer Aluminiumelektrode bestand.

Die Ergebnisse waren beeindruckend: Unter Standardlichtbedingungen erreichte die Zelle eine nahezu vollständige Ladungssammlung, was bedeutet, dass fast alle absorbierten Photonen in nutzbare elektrische Energie umgewandelt wurden.

Ein neuer Ansatz für organische Photovoltaik

Konventionelle organische Solarzellen benötigen zwei verschiedene Materialien eines als Elektronendonor und eines als Akzeptor. Diese Struktur begrenzt sowohl Effizienz als auch Produktionsflexibilität.

Das neue Material P3TTM hingegen kann diesen Prozess allein durchführen, wodurch die Herstellung von Solarzellen erheblich vereinfacht und deren Kosten reduziert werden könnten.

„Die Energie, die diesen Elektronentransfer antreibt, bekannt als Hubbard U, beschreibt die elektrostatische Wechselwirkung innerhalb des Materials und ermöglicht die Trennung der Ladungen ohne einen zweiten Bestandteil“, erklärten die Forscher.

Der Weg zu einer neuen Generation von Solarzellen

Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Materials unter dem Titel “Intrinsic intermolecular photoinduced charge separation in organic radical semiconductors” veröffentlicht.

Laut den Forschern könnte diese Entdeckung den Weg ebnen für eine neue Generation von organischen Solarzellen, die leichter, nachhaltiger und vielseitiger sind.

„Unsere Arbeit zeigt, dass sich Solarenergieerzeugung und solargetriebene chemische Prozesse künftig mit nur einem einzigen Material sowohl in Lösung als auch im Festkörper realisieren lassen“, so das Fazit der Autoren.

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