Net mokslinėje fantastikoje energijos šaltinių naudingumo koeficientas (NK) negali viršyti 100 % – taip veikia mūsų Visatos fizika. Nuostoliai visada egzistuoja, o mokslininkų tikslas yra juos sumažinti. Klasikiniams saulės elementams su p–n sandūra teorinė riba yra apie 33 %. Tačiau saulės šviesos fizika yra sudėtingesnė – ir Japonijos mokslininkai rado būdą šią ribą peržengti.
Idėją išplėtojo Kyushu University kartu su Johannes Gutenberg University tyrėjais. Klasikiniame fotoelemente vienas sugertas fotonas sukuria vieną eksitoną (elektroną ir skylę). Fotonas – tai šviesos kvantas (mažiausias galimas elektromagnetinės energijos vienetas tam tikram bangos ilgiui). Jis negali sukurti daugiau nei vieno elektrono: jo energija perduodama elektronui, kuris pereina į sužadintą būseną ir juda per medžiagą kaip elektros srovė.
Tačiau elektronai reaguoja tik į tam tikro bangos ilgio šviesą. Žemesnės ir aukštesnės energijos fotonai dažnai nėra efektyviai panaudojami – jie tiesiog išsisklaido šilumos pavidalu. Būtent šį „rezervą“ mokslininkams pavyko išnaudoti – ypač aukštos energijos (mėlynosios spektro dalies) fotonus.
Technologija remiasi dviem pagrindiniais procesais. Pirma, aukštos energijos fotonai patiria vadinamąjį singletinį skilimą – vienas eksitonas suskyla į du mažesnės energijos eksitonus. Antra, kiekvienas jų yra „pagautas“ specialaus molibdeno komplekso kartu su tam tikra medžiaga. Taip vienas „mėlynas“ fotonas faktiškai sukuria du elektronus vietoj vieno. Be to, ši medžiagų kombinacija slopina vadinamąjį Fėrsterio energijos perdavimą, kuris įprastai mažintų efektyvumą.
Eksperimentai parodė įspūdingus rezultatus – kvantinis našumas siekė apie 130 % (t. y. 1,3 eksitono vienam fotonui). Svarbu suprasti: tai nereiškia, kad bendras energijos efektyvumas viršija 100 %, o tik tai, kad iš vieno fotono išgaunama daugiau nei vienas krūvio nešėjas.
Remiantis tyrėjų vertinimu, ši technologija galėtų padidinti vienos sandūros saulės elementų teorinį efektyvumą iki 35–45 %, gerokai viršijant Shockley–Queisser limit (~33 %) ir dabartinius komercinius rodiklius (apie 20–25 %).
Kol kas tai tik koncepcijos įrodymas, įgyvendintas molekulių tirpale, tačiau jis gali tapti pagrindu būsimam proveržiui saulės energetikoje.
