Tým vědců z Japonska a Evropy zveřejnil v Journal of the American Chemical Society výsledek, který zní jako tisková chyba: kvantový výtěžek 130 % (počet vzniklých excitací na jeden foton). Ne, nejedná se o solární panel, který by ze Slunce ždímal víc, než kolik do něj nalilo. Pořád ještě neporušujeme termodynamiku, jenom si s ní trochu chytře zaděláváme na večírek.
Podstata objevu se skrývá v procesu zvaném singletové štěpení. Normálně jeden foton slunečního světla vybudí v materiálu jednu energetickou částici – exciton. Ta pak putuje, než se z ní stane elektřina, nebo častěji teplo. A právě ta ztráta tepla je důvod, proč běžné články narážejí na oněch ubohých 33 %. Je to jako topit v kamnech bankovkami – účinné jen do té doby, než vám dojde palivo. A to bude hodně brzy.
Tým kolem Yoichi Sasakiho z Kjúšúské univerzity vzal organickou molekulu tetracen. Ta má jednu zvláštní vlastnost: když do ní narazí dostatečně energický foton, neroztřese se do tepla, ale rozštěpí svou energii na dva excitony najednou. Z jednoho fotonu najednou vzniknou dvě pracovní jednotky. A to je ten moment, kdy se fyzici začnou culit a inženýři potichu závidět.
Jenže singletové štěpení má jeden nepříjemný zlozvyk – než stačí zafungovat, energie často uteče někam jinam. Přesněji řečeno, ukradne ji mechanismus s líbivým jménem Försterův rezonanční přenos energie (FRET). Přicházeli jsme tím o část možného výkonu. A s tím bylo třeba něco udělat, pokud se stále chystáme přejít do roku 2050 na bezuhlíkatou společnost.
Řešení? Molybden. Konkrétně komplex na bázi molybdenu, který funguje jako spin-flip emitor. Nejprve si ukradenou energii přichytí, a pak pomocí kvantového překlopení spinu z neviditelných stavů udělá světlo. Díky tomu tým poprvé pozoroval 1,3 excitovaného molybdenového centra na jeden absorbovaný foton. Matematicky vzato: víc, než kolik fotonů do systému vstoupilo.
Je samozřejmě třeba dodat, že se to zatím děje v kapalném roztoku v laboratoři, nikoliv na střeše rodinného domku. A přeměna tohoto roztoku na pevný, funkční a hlavně spolehlivý solární panel bude podle samotných autorů „pěkný oříšek“. Stejně tak problém, aby si molybdenové komplexy energii nechaly dost dlouho na to, aby se dala smysluplně využít.
Přesto je podstatné něco jiného: poprvé někdo ukázal funkční cestu, jak obejít limit, který vypadal jako zeď, za kterou už se kvůli fyzice nedostaneme. A neobešel ji pomocí složitých nanodrátků, exotických slitin nebo výkřiků do tmy, ale kombinací dvou poměrně obyčejných věcí – uhlíkaté molekuly a přechodného kovu.
Jak se zdá, není to žádné kouzlo, ale promyšlená krádež energie, za pomoci kouzelné vědy, které se zažilo označení fyzika. A která, jak se zdá, ještě zdaleka neřekla poslední slovo. Je vlastně fascinující, kam je lidstvo schopné zajít. A to jsme začali s pazourkem.
Pokud se tato technologie podaří přenést z laboratoří do výroby, mohlo by to znamenat, že i s naším českým, občas trochu skoupým sluníčkem, budeme schopni z jedné střechy získat o desítky procent více energie než dnes. To by mohlo zásadně změnit ekonomiku solárních projektů v severnějších částech republiky, kde každý ušetřený foton hraje roli. Navíc by to mohlo snížit potřebu obřích solárních polí na úkor menších, ale mnohem výkonnějších instalací přímo na budovách.
