Solární panel dosáhl účinnosti 130 %. Němci a Japonci obešli fyzikální zákon, který platil od roku 1961

Japonsko-německý tým získal z jednoho fotonu 1,3 excitace, a otevřel cestu za hranici, kterou solární energetika respektovala 65 let.

Zdroj fotografie: Pexels

Číslo 130 % obletělo odborné servery 25. března 2026, kdy Univerzita Kjúšú a Univerzita Johannese Gutenberga v Mohuči zveřejnily výsledky v prestižním Journal of the American Chemical Society. Než se ale kdokoli začne těšit na panel, který vyrábí víc energie, než dostane ze slunce, je potřeba říct, co přesně těch 130 % znamená, a proč je to i tak zásadní průlom. Nejde o účinnost hotového panelu v běžném smyslu přeměny slunečního záření na elektřinu. Jde o kvantový výtěžek: v experimentálním systému rozpuštěném v roztoku připadlo na každý pohlcený foton přibližně 1,3 excitace speciálního molybdenového komplexu. Žádný zákon termodynamiky nebyl porušen. Jeden byl ale elegantně obejit.

Šedesát pět let starý strop

V březnu 1961 publikovali William Shockley a Hans-Joachim Queisser studii s nenápadným názvem „Detailed balance limit of efficiency of pn junction solar cells“ . Odvodili v ní maximální účinnost ideálního jednopřechodového solárního článku, zhruba 33,7 %. Důvod je prostý: fotony s nízkou energií článek vůbec nevyužije, u těch s vysokou energií se přebytek promění v teplo. Od té doby se celý průmysl pohyboval uvnitř tohoto rámce. Dnešní komerční křemíkové moduly dosahují podle Fraunhofera ISE průměrně 22,7 %, nejlepší kusy kolem 24,8 %. Záznamní laboratorní křemíkový článek drží 26,3 %.

Limit ale platí výhradně pro jednopřechodovou architekturu. Kdo změní pravidla hry (přidá víc vrstev, víc přechodů, nebo úplně jinou fyziku), může jít výš. Tandemové a vícevrstvé články to dokazují už dnes: rekordní trojvrstvý článek drží 39,5 % při běžném osvětlení, laboratorní vícevrstvé konstrukce překračují 47 %.

Jeden foton, dva excitóny

Tým vedený Joičim Sasakim z Kjúšú a Katjou Heinze z Mohuče zvolil jinou strategii než tandemy. Vsadil na jev zvaný singletová fise, proces, při kterém se jedna vysokoenergetická excitace organické molekuly spontánně rozdělí na dvě tripletové excitace, každý s přibližně poloviční energií. Teoreticky to může dát kvantový výtěžek až 200 %. Jenže tripletové excitony jsou záludné. Mají jinou spinovou konfiguraci než okolní systém a běžné solární články je nedokážou efektivně „sklidit“. Energie se většinou ztratí dřív, než ji kdokoli využije.

A právě tady přichází klíčová inovace. Výzkumníci použili molybdenový spin-flip emitor, komplex, jehož energetická hladina je vyladěná tak, aby selektivně přijímal právě tripletové excitony z tetracenového donoru a potlačil konkurenční ztrátový přenos energie (FRET). Výsledek: kvantový výtěžek kolem 130 % v roztoku. Z každého absorbovaného fotonu systém vytěžil víc než jednu použitelnou excitaci.

Proč to trvalo tak dlouho

O singletové fisi se ví desítky let. Problém nikdy nebyl tom, že by se foton nedal rozdělit na dva excitony, to tetracen zvládá spolehlivě. Problém byl v tom, co s nimi potom. Tripletové excitony mají krátký život a tendence rekombinovat dřív, než je převést na proud. Chyběl selektivní „sběrač“, který by zachytil rychleji než ztrátové kanály.

Spin-flip emitory na bázi přechodových kovů jsou relativně relativně mladý obor. Podle přehledové studie z Mohuče z roku 2022 přišel silný konceptuální posun v intenzivní spin-flip emise teprve v posledních šesti až osmi letech. Molybdenové komplexy mimo zavedené chromité systémy jsou ještě novější. Nebyl to závod národních vlajek, bylo to setkání dvou úzkých expertiz ve správný čas: Kjúšú s dlouholetým programem singletové fise a Mohuč se specializací na fotoaktivní kovové komplexy.

Od panelu k panelu na střeše

Tady je potřeba srazit očekávání na zem. Experiment proběhl v roztoku, ne v pevném stavu. Autoři sami v tiskové zprávě píšou, že dalším krokem je spojení obou materiálů v pevné fázi a teprve poté integrace do funkčního solárního článku. Před komerčním nasazením stojí řada bariér:

• Převod systému z roztoku do pevného stavu se zachováním účinného přenosu energie
• Ověření stability a odolnosti proti degradaci při reálných dostupných
• Škálovatelná výroba a modulové ztráty
• Validační údaje a bankovnictví pro investory

Pro srovnání: perovskitové solární články odstartovaly kolem roku 2009 s účinností asi 3 %, dnes v laboratoři překračují 26 %. Přesto americké ministerstvo energetiky v roce 2026 stále uvádí, že se nevyrábí ve velkém a před komercializací zbývá vyřešit stabilitu, výrobu ve značné míře financovatelnost. Systém založený na singletové fisi je na vývojové ose ještě dál od trhu.

Co to znamená pro Česko

Český vnitrostátní klimaticko-energetický plán schválený v prosinci 2024 počítá s pětinásobným zvýšením energie z fotovoltaiky a cílem kolem 10 GWe nainstalovaného výkonu ze slunce do roku 2030. Stav zároveň od ledna 2025 pracuje na Národním akčním plánu pro chytré sítě, který řeší integraci decentralizované výroby, akumulaci a flexibilitu. Tohle všechno stojí na dnešním křemíku, a na infrastruktuře, která musí být hotová bez ohledu na to, jaká generace článků jednou přijde.

Kdo dnes řeší návratnost střešní fotovoltaiky, nemá důvod čekat. Cena budoucího modulu se singletovou fisí neexistuje, skutečná elektrická účinnost hotového článku není známá a životnostní data chybí. Realistický odhad? Deset a více let, než se tato fyzika dostane do bankovatelného produktu, pokud vše půjde dobře.

Skutečný průlom není samotné číslo 130 %. Je to první funkční důkaz, že tripletové excitony ze singletové fise lze cíleně a efektivně zachytit, místo aby se rozplynuly jako teplo. Cesta od zkumavky k panelu bude dlouhá. Ale poprvé je vidět, kudy vede.