Solární panely přichází o energii, která je přímo před nimi. Australané vymysleli zařízení, jak ji zachytit

Laboratorní prototyp z australské UNSW dokázal dva slabé fotony sloučit v jeden silnější s účinností 8,2 %. Křemík takové světlo dosud propouštěl bez užitku.

Zdroj fotografie: Pexels

Každý solární panel na české střeše dělá totéž: pohltí část slunečního spektra, zbytek odrazí, propustí nebo přemění na teplo. Běžný monokrystalický modul má dnes reálnou účinnost kolem 20–22 %, takže zhruba čtyři pětiny dopadající energie se na elektřinu nepřemění. Část těch ztrát je nevyhnutelná, část ale plyne z fyzikálního limitu křemíku: fotony s vlnovou délkou delší než přibližně 1 100 nanometrů prostě nemají dost energie, aby v křemíku vytvořily využitelný elektron-dírkový pár. Proletí článkem, jako by tam nebyl. Tým vedený Thilini Ishwarou z University of New South Wales teď ukázal cestu, jak část takového světla přece jen zužitkovat, a udělal to v pevném, nanoskopickém zařízení, kde to dosud nikdo nedokázal takto efektivně.

Dvě fotografie, jeden výsledek

Princip se jmenuje tripletová fúze, někdy také triplet-triplet anihilační upkonverze. Zní složitě, ale myšlenka je elegantně jednoduchá: vezmete dvě nízkoenergetické fotony a jejich energii „složíte“ do jednoho fotonu s kratší vlnovou délkou, tedy vyšší energií. Ten už křemík zvládne absorbovat a přeměnit na elektrický signál.

V praxi to vypadá tak, že speciální molekula (porfyrinový senzibilizér s označením PdPQ4NACA) pohltí červené světlo o vlnové délce 670 nm a předá excitační energii do prostředí tvořeného organickou sloučeninou NODIPS-An. Tam se dva tripletové excitony setkají, splynou a výsledkem je foton viditelného světla. Šest kroků od absorpce po emisi, a na konci světlo, které křemík umí zpracovat.

Proč to tak dlouho nešlo

Samotný princip tripletové fúze není nový. Výzkumníci ho znají desítky let a v roztoku funguje slušně. Problém byl dostat ho do pevného stavu, do tenké vrstvy, kterou by šlo reálně přiložit k solárnímu článku.

V pevném materiálu totiž excitovaný stav (singlet) bývá příliš pohyblivý. Místo aby vydal foton, vrací energii zpět senzibilizéru. Tomuto jevu se říká zpětný přenos a obor ho roky považoval za zásadní překážku. K tomu se přidávala agregace molekul při vyšších koncentracích, která zhášela luminiscenci dřív, než stihla být užitečná.

Tým z UNSW problém obešel architekturou: nanostrukturovaná alumina tvoří jakési lešení s póry, které jsou vyplněny čistým NODIPS-An. Tato látka se na časových škálách excitonů chová jako pevná fáze, přestože je formálně kapalná. Excitony se v pórech lokalizují, nemohou volně migrovat zpět k senzibilizéru a zpětný přenos je potlačený. Výsledek? Absolutní fotonová upkonverze 8,2 %, publikovaná v květnu 2026 v Nature Photonics.

Vysvětleme si zmíněných 8,2 %

Tady je potřeba přesnost, protože čísla v solárním průmyslu snadno splývají. Oněch 8,2 % je účinnost pomocné upkonverzní vrstvy, tedy poměr upkonvertovaných fotonů k absorbovaným. Není to účinnost celého solárního panelu.

Pro srovnání:

• Běžný komerční křemíkový modul: 20–22 % účinnost přeměny energie
• Rekordní křemíkový článek Trinasolar (THBC): 28 %
• Rekordní tandem křemík-perovskit LONGi: 34,85 %
• Teoretický limit jednojunkčního křemíku: 29,4 % (podle Fraunhofer ISE)

Všechna tato čísla měří něco jiného než australský prototyp. Kolik procent by upkonverzní vrstva přidala hotovému modulu, studie neříká, a poctivě to ani říct nemůže, protože integrace do panelu přinese další optické i elektrické ztráty. Jisté je, že reálný nárůst modulové účinnosti by byl výrazně nižší než samotných 8,2 %.

Cesta ke střeše je ještě daleko

Kdo čeká, že si příští rok přilepí na střešní panely novou fólii, bude zklamaný. Zařízení z UNSW je laboratorní prototyp. Neexistuje modulová architektura, chybí data o venkovní stabilitě, nikdo netestoval zapouzdření, odolnost vůči UV záření ani vlhkosti. Studie neuvádí žádné datum komerčního nasazení.

Pro kontext: i mnohem zralejší technologie tandemových perovskitovo-křemíkových článků teprve vstupuje na trh. Oxford PV spustil pilotní výrobu v Braniborsku a první komerční zásilky odeslal v roce 2024. Fraunhofer ISE letos v květnu otevřel laboratoř pro průmyslové škálování tandemů. Architektura tripletové fúze je oproti tomu o několik vývojových kroků pozadu.

Na druhou stranu, princip tripletové fúze už má ověřené využití i mimo fotovoltaiku. Recenzované práce ukázaly jeho nasazení ve fotoredoxní katalýze pod infračerveným světlem i v objemovém 3D tisku při extrémně nízkém excitačním výkonu. Nejde tedy o akademickou kuriozitu s jedním možným uplatněním.

Proč je to přesto důležité

Skutečný průlom australské práce neleží v samotném čísle 8,2 %. Leží v tom, že ukázala konkrétní konstrukční řešení problému, který obor trápil roky. Zpětný přenos v pevném stavu přestal být nepřekonatelná bariéra a stal se inženýrskou výzvou s fungujícím prototypem.

Pro český trh, kde monokrystalický křemík dominuje střechám stejně jako všude jinde na světě, to dnes nic nemění. Ale každý solární panel, který dnes někdo instaluje, propouští fotony, z nichž by upkonverzní vrstva jednou mohla udělat elektřinu. Otázka přestala znít „jestli“, ale „kdy a za kolik“.