Solární energie má obrovský potenciál jakožto dočasného zdroje, ale dlouhodobě naráží na zásadní fyzikální omezení. Klasické solární články totiž nedokážou využít veškeré dopadající světlo. Část energie se ztrácí, protože některé fotony mají příliš nízkou energii a jiné naopak přebytek, který se promění v teplo.

Tento jev popisuje známý Shockleyho–Queisserův limit. V praxi znamená, že běžné solární panely dokážou efektivně využít jen zhruba třetinu sluneční energie. Po desítky let se zdálo, že tuto hranici nelze překonat. Nový výzkum ale naznačuje, že to nemusí být pravda.

Technologie, která „násobí“ energii

Tým vědců z japonské Kyushu University a německé Johannes Gutenberg University přišel s jiným pohledem na to, jak se světlem pracovat. Místo snahy zachytit více fotonů se zaměřili na to, jak z jednoho fotonu získat více energie.

Klíčem je proces zvaný singlet fission. V běžném případě jeden foton vybudí jeden exciton, tedy nosič energie v materiálu. Při singlet fission se ale tento exciton rozdělí na dva. Jinými slovy, z jednoho dopadajícího světelného kvanta vzniknou dva energetické „balíčky“, které lze dále využít.

Problém byl dosud v tom, že tuto energii bylo obtížné zachytit dřív, než se ztratí. Vědci proto využili speciální molybdenový komplex označovaný jako spin-flip emitor. Ten dokáže efektivně zachytit vzniklé excitony a minimalizovat energetické ztráty.

Výsledkem je experimentální systém, který dosáhl kvantové účinnosti kolem 130 %. V praxi to znamená, že na jeden pohlcený foton vzniklo více energetických nosičů, než kolik by odpovídalo klasickému modelu.

Je důležité dodat, že nejde o perpetuum mobile ani o porušení fyzikálních zákonů. Hodnota přes 100 % se vztahuje ke kvantové účinnosti, tedy počtu vzniklých excitonů, nikoli k celkové energetické bilanci systému.

Přesto jde o zásadní posun. Pokud se tuto technologii podaří převést z laboratorních podmínek do reálných solárních článků, mohlo by to znamenat výrazné zvýšení jejich výkonu bez nutnosti zásadně měnit jejich velikost nebo instalaci.