Ερευνητές του Πανεπιστημίου Kyushu στην Ιαπωνία πέτυχαν ένα εντυπωσιακό επιστημονικό επίτευγμα, αποδεικνύοντας ότι είναι δυνατό να συλλεχθούν περισσότεροι φορείς ενέργειας από το ηλιακό φως απ’ ό,τι ο αριθμός των φωτονίων που απορροφούνται. Σύμφωνα με τη μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στις 25 Μαρτίου στο Journal of the American Chemical Society, η ομάδα πέτυχε κβαντική απόδοση περίπου 130%, υπερβαίνοντας ένα θεμελιώδες φυσικό όριο στη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας.
Η ανακάλυψη αυτή, η οποία δημοσιεύθηκε στις 26 Μαρτίου 2026 από το yahoo.com, ανοίγει τον δρόμο για μια νέα γενιά φωτοβολταϊκών τεχνολογιών, ικανών να αξιοποιούν αποτελεσματικότερα την ηλιακή ακτινοβολία.
Τα συμβατικά ηλιακά κύτταρα περιορίζονται από το γνωστό όριο Shockley–Queisser, το οποίο ορίζει ότι κάθε φωτόνιο μπορεί να διεγείρει μόνο ένα ηλεκτρόνιο. Τα φωτόνια χαμηλής ενέργειας δεν επαρκούν για να προκαλέσουν διέγερση, ενώ τα φωτόνια υψηλής ενέργειας χάνουν την περίσσεια ενέργεια ως θερμότητα. Έτσι, τα παραδοσιακά φωτοβολταϊκά αξιοποιούν μόλις το ένα τρίτο της εισερχόμενης ηλιακής ενέργειας.
Η ομάδα του Kyushu, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg του Mainz στη Γερμανία, προσέγγισε το πρόβλημα μέσω της διαδικασίας της σχάσης (singlet fission). Πρόκειται για ένα κβαντομηχανικό φαινόμενο όπου ένα εξιτόνιο υψηλής ενέργειας διασπάται σε δύο εξιτόνια τριπλετών χαμηλότερης ενέργειας. Παρότι ορισμένα οργανικά υλικά, όπως το τετρακένιο, μπορούν να υποστούν αυτή τη διαδικασία, η πρόκληση ήταν η σύλληψη των πολλαπλασιασμένων εξιτονίων πριν χαθεί η ενέργεια μέσω της μεταφοράς συντονισμένης ενέργειας Förster.
«Χρειαζόμασταν έναν αποδέκτη ενέργειας που να δεσμεύει επιλεκτικά τα πολλαπλασιασμένα εξιτόνια τριπλετών μετά τη σχάση», δήλωσε ο Yoichi Sasaki, αναπληρωτής καθηγητής στη Σχολή Μηχανικής του Πανεπιστημίου Kyushu.
Με προσεκτική ρύθμιση των ενεργειακών επιπέδων, οι ερευνητές κατόρθωσαν να καταστείλουν τις απώλειες και να εξαγάγουν επιλεκτικά τα πολλαπλασιασμένα εξιτόνια. Σε πειράματα με υλικά βάσης τετρακενίου σε διάλυμα, το σύστημα πέτυχε κβαντική απόδοση 130%, δηλαδή περίπου 1,3 διεγέρσεις συμπλόκων μολυβδαινίου ανά φωτόνιο. Το θεωρητικό όριο για την προσέγγιση αυτή ανέρχεται στο 200%.
Η συνεργασία ξεκίνησε με πρωτοβουλία του Adrian Sauer, φοιτητή ανταλλαγής από το Mainz, ο οποίος εισήγαγε στο εργαστήριο του Kyushu υλικά που μελετώνταν επί χρόνια στο ίδρυμά του.
Οι ερευνητές τονίζουν ότι η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε διάλυμα και επόμενο βήμα είναι η μετάβαση σε συστήματα στερεάς κατάστασης, ώστε η τεχνολογία να μπορεί να ενσωματωθεί σε λειτουργικά ηλιακά κύτταρα.
Πέρα από τη φωτοβολταϊκή αξιοποίηση, η ομάδα διαβλέπει προοπτικές εφαρμογές της τεχνολογίας σε LED και κβαντικές συσκευές, ανοίγοντας νέους δρόμους για την ενεργειακή καινοτομία.
