Fyzici z japonské Kjúšú univerzity právě rozbořili hranici, která se desítky let považovala za absolutní zákon přírody. Solárnímu článku se podařilo dosáhnout kvantového výtěžku 130 % — tedy z každého absorbovaného fotonu bylo získáno více energie, než do systému vůbec vstoupilo. Není to sci-fi ani chyba měření: jde o reálný průlom, který mění pravidla sluneční energetiky.
Co bylo dosud „fyzikálně nemožné"
Každý, kdo se kdy zajímal o fotovoltaiku, narazil na takzvanou Shockley-Queisserovu hranici. Dva fyzici ji vypočítali v roce 1961 a od té doby platí jako fyzikální zákon: konvenční solární článek z křemíku nemůže přeměnit více než přibližně 33 % energie ze slunečního záření na elektřinu. Zbytek se rozptýlí jako teplo.
Vědci z Kjúšú jsou teď blíže k překonání tohoto limitu. Jejich studie, publikovaná 25. března 2026 v prestižním Journal of the American Chemical Society, popisuje, jak pomocí procesu zvaného singletní štěpení (singlet fission) a speciálního kovu dokázali z každého fotonu „vytěžit" energii odpovídající výtěžku 130 %. Jinými slovy — systém produkuje více nosičů náboje, než kolik fotonů na vstup přijde.
Jak to fyzikálně funguje
Klíčem je pochopení toho, co se děje se světlem uvnitř materiálu. Normálně jeden foton vytvoří jeden exciton — párování elektronu a díry, které nese energii. Při singletním štěpení se však tento vysoce energetický exciton rozdělí na dva tripletní excitony s nižší energií. Teoreticky tak jeden foton generuje dvě energetické „balíky" místo jednoho.
Problém byl vždy ve ztrátách. Energie z tripletních excitonů se obvykle rozptýlila ještě předtím, než ji šlo využít — zejména díky procesu zvanému Försterův rezonanční přenos energie (FRET), který ji odváděl jinam.
Vědci z Kjúšú tento problém vyřešili elegantně. Vytvořili molybdenový spin-flip emitter — molekulový komplex, který selektivně „chytá" tripletní excitony právě tam, kde by jinak energie unikla. Molybdenový komplex má unikátní vlastnost: elektron v něm při absorpci nebo emisi blízkého infračerveného světla mění svůj spin, což mu umožňuje zachytit energii z tripletního stavu. V kombinaci s materiálem na bázi tetracenu systém dosáhl kvantového výtěžku přibližně 130 %.
„Dosáhli jsme toho, že přibližně 1,3 molybdenového komplexu bylo aktivováno na každý absorbovaný foton — to překračuje tradiční limit a ukazuje cestu k fotovoltaice, která by mohla dalece překonat vše, co dnes existuje," popsali autoři studie v tiskové zprávě Kjúšú univerzity.
Spolupráce Japonska a Německa
Výzkum vznikl v mezinárodní spolupráci — vedle japonské Kjúšú univerzity se na projektu podílela také německá Johannes Gutenberg University Mainz. Tento detail není bez významu: právě Německo je jednou ze zemí, kde čistá energie prakticky denně láme rekordy. Velká Británie oznámila v prvním dubnovém týdnu 2026, že její větrná a solární výroba dosáhla v březnu 11 terawathodin — a úspora na dovozu zemního plynu činila téměř miliardu britských liber za jediný měsíc.
Výzkum průlomových solárních technologií tak neprobíhá ve vzduchoprázdnu — odehrává se na pozadí bezprecedentního rozmachu obnovitelných zdrojů. Globální trh se skladováním energie poprvé v historii překročil 100 GW ročních instalací, přičemž ceny bateriových systémů klesly za tři roky na třetinu.
Je to průlom, nebo jen laboratoř?
Je důležité být férový: výzkum z Kjúšú je zatím ve fázi proof-of-concept. Celý experiment probíhal v roztoku, nikoliv v pevném solárním článku. Přechod od roztoku k funkčnímu panelu je technologicky náročný krok, který může trvat roky.
Autoři studie sami zdůrazňují, že „integrace materiálů singletního štěpení se spin-flip emittery v pevném stavu zůstává výzvou". Jinými slovy: ukázali, že fyzika funguje, ale inženýrská práce teprve začíná.
Přesto jde o zásadní vědecký průlom. Dokazuje, že hranice, která se od 60. let považovala za absolutní, překonat lze. A to je pro energetiku 21. století klíčové sdělení. Vědci navíc upozorňují, že technologie má potenciál přesáhnout fotovoltaiku — spin-flip emittery by mohly najít uplatnění také v LED technologiích, kvantových senzorech nebo excitónových obvodech.
Český kontext: solární boom pokračuje
Zatímco japonští fyzici pracují na překonání zákonů přírody, Česká republika se pomalu snaží dohnat evropský průměr v solárních instalacích. Ministerstvo životního prostředí si dalo za cíl mít do roku 2030 nainstalováno nejméně 8 GW solárního výkonu. Aktuálně jsme na zhruba třetině. Nové akcelerační zóny pro OZE, jejichž vymezení se očekává ve druhé polovině roku 2026, by mohly tempo výrazně zvýšit.
Vědecké průlomy jako ten z Kjúšú přitom mohou změnit i ekonomiku celého odvětví. Pokud se podaří překonat Shockley-Queisserovu hranici v praxi, každý solární panel bude schopen dodat podstatně více elektřiny ze stejné plochy. Pro Česko, kde dostupnost vhodných střech a pozemků bývá omezující faktor, by to mohlo být klíčové.
Co říkají čísla
- ~33 % — dosavadní teoretický limit účinnosti křemíkového solárního článku (Shockley-Queisser)
- 130 % — dosažený kvantový výtěžek v experimentu Kjúšú univerzity
- 34 % — současný rekord tandemových perovskitových článků v pevném stavu
- 100+ GW — globální instalace bateriových úložišť v roce 2025, poprvé v historii
- 11 TWh — větrná a solární výroba Velké Británie v březnu 2026, historický rekord
Co je to kvantový výtěžek 130 % a jak je to možné?
Kvantový výtěžek vyjadřuje, kolik nosičů energie systém vyprodukuje na každý absorbovaný foton. Hranice 100 % platila proto, že jeden foton normálně vytvoří jeden exciton (pár elektron-díra). Při procesu singletního štěpení se jeden foton rozdělí na dvě energetické „balíky" — dva tripletní excitony. Japonský tým použil speciální molybdenový komplex, který tyto excitony efektivně zachytí, čímž překonali 100% limit. V experimentu dosáhli 130 %, tedy 1,3 zachyceného excitonu na foton.
Kdy se tato technologie dostane do běžných solárních panelů?
Výzkum je zatím ve fázi proof-of-concept v roztoku. Přechod do pevného stavu a funkčního solárního článku je technologicky náročný a může trvat řadu let. Realistický horizont komerčního využití technologie singletního štěpení se odhaduje na 10–20 let, i když vývoj se akceleruje. Mezitím trh dominují tandemové perovskitové články s účinností kolem 34 %.
Ovlivní tento výzkum ceny elektřiny z obnovitelných zdrojů?
Potenciálně ano, ale v dlouhém horizontu. Pokud se podaří vyrobit panely překonávající Shockley-Queisserovu hranici v praxi, každý panel dodá podstatně více elektřiny ze stejné plochy. To by snížilo náklady na instalaci i výrobu a mohlo by urychlit nahrazování fosilních paliv. V krátkodobém výhledu (do 5 let) však největší vliv na ceny elektřiny bude mít masivní rozšiřování stávající fotovoltaiky a baterií.