Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Itaru Osaka và Phó giáo sư Tsubasa Mikie tại Trường Sau đại học Khoa học và Kỹ thuật tiên tiến thuộc Đại học Hiroshima dẫn đầu đã đạt được một cột mốc quan trọng trong công nghệ năng lượng tái tạo. Phối hợp với Đại học Kyoto, viện nghiên cứu RIKEN, Đại học Tsukuba và Trung tâm Nghiên cứu Toray, nhóm đã giải quyết thành công một bài toán nan giải kéo dài trong lĩnh vực quang điện hữu cơ, thường được gọi là pin mặt trời màng mỏng hữu cơ. Bước đột phá này hứa hẹn sẽ thúc đẩy nhanh hơn việc hiện thực hóa một xã hội ít carbon bằng cách giảm thiểu đáng kể tổn thất năng lượng trong quá trình phát điện.
Quang điện hữu cơ đã thu hút sự chú ý lớn trên toàn cầu nhờ đặc tính nhẹ, linh hoạt và bán trong suốt, cho phép sản xuất bằng các quy trình phủ thân thiện với môi trường. Khác với các pin mặt trời silicon cứng truyền thống hoặc pin mặt trời perovskite, quang điện hữu cơ có thể được tích hợp vào các bề mặt hằng ngày như tường tòa nhà, lều cứu hộ và cửa sổ. Tuy nhiên, việc thương mại hóa chúng bị cản trở bởi tổn thất năng lượng photon lớn, còn được gọi là tổn thất điện áp. Trong thiết kế pin mặt trời hữu cơ, tồn tại một sự đánh đổi quan trọng: giảm tổn thất điện áp để tăng điện áp thường dẫn đến sự sụt giảm mạnh của dòng điện tạo ra.
Để vượt qua trở ngại kéo dài này, nhóm nghiên cứu chung đã phát triển một polyme bán dẫn loại p mới mang tên PTNT1负F. Bằng cách sử dụng vật liệu mới này trong lớp quang hoạt của pin mặt trời, các nhà nghiên cứu đã giảm tổn thất điện áp xuống mức tối đa 30% trong khi vẫn duy trì được đầu ra dòng điện cao. Thiết kế đổi mới này đã giảm tổn thất điện áp tới 30% đồng thời nâng cao tốc độ tạo điện tích tới 10% so với các công nghệ truyền thống.
Thông qua các phép đo quang phổ tiên tiến, kính hiển vi điện tử và các tính toán hóa học lượng tử, nhóm đã phát hiện rằng độ cứng cấu trúc của khung xương polyme đóng vai trò then chốt trong việc phá vỡ sự đánh đổi này. Phát hiện này cung cấp những chỉ dẫn thiết kế quan trọng cho việc kỹ thuật phân tử các loại nhựa dẫn điện thế hệ tiếp theo. Thành công của nghiên cứu này mở ra những khả năng mới cho các nguồn điện hiệu suất cao, siêu mỏng và linh hoạt, mở đường cho việc tích hợp năng lượng mặt trời rộng khắp trong các thành phố thông minh và thiết bị điện tử đeo được.
