Solen levererar varje sekund enorma mängder energi till jorden, men dagens solceller kan endast fånga en bråkdel av denna kraft. Begränsningen har länge dikterats av ett så kallat fysiskt tak som ansetts vara oundvikligt. Nu har en ny energimultiplicerande upptäckt visat att det är möjligt att pressa effektiviteten förbi den traditionella gränsen på 100 procent.
En drömteknik för ljuskonvertering
I en studie publicerad den 25 mars 2026 i Journal of the American Chemical Society presenterar forskare från Kyushu University i Japan, i samarbete med Johannes Gutenberg University (JGU) Mainz i Tyskland, en ny metod för att övervinna solcellernas historiska barriär. Genom att utnyttja ett fenomen kallat singlet fission (SF) – ofta beskrivet som en "drömteknik" för att förbättra ljuskonvertering – har forskarlaget uppnått en energiomvandlingseffektivitet på cirka 130 procent.
Att multiplicera energi genom Singlet Fission
Under typiska förhållanden producerar en foton endast en så kallad spin-singlet-exciton efter excitation. Med singlet fission kan dock denna enda högenergiska exciton delas upp i två spin-triplet-excitoner med lägre energi, vilket potentiellt fördubblar den användbara energin.
Yoichi Sasaki, docent vid Kyushu Universitys tekniska fakultet, förklarar att det finns två huvudsakliga strategier för att bryta igenom gränsen. Den ena är att konvertera infraröda fotoner med lägre energi till synliga fotoner med högre energi. Den andra strategin, som utforskas i den aktuella studien, är att använda SF för att generera två excitoner från en enda excitonfoton.
Molybden och "spin-flip"-emittern
För att tekniken ska fungera i praktiken krävs det att systemet kan övervinna den energiförlust som uppstår från FRET. Det fanns ett behov av en energiacceptor som selektivt kunde fånga de multiplicerade triplet-excitonerna efter själva fissionen.
Lösningen hittades i metallkomplex, vilka kan konstrueras med hög precision på molekylär nivå. Forskarlaget identifierade en molybdenbaserad "spin-flip"-emitter som effektivt kan samla in den energi som produceras under singlet fission. I dessa specifika molekyler ändrar en elektron sitt spinn under interaktioner med nära-infrarött ljus. Denna egenskap gör det möjligt för systemet att absorbera triplet-energin på ett mycket effektivt sätt.
Mot framtidens solceller
Genom att kombinera singlet fission med den specialutvecklade molybdenbaserade emittern har forskarna framgångsrikt kringgått det fysiska tak som tidigare begränsat solenergins potential. Resultatet på cirka 130 procents effektivitet pekar nu ut en tydlig riktning mot utvecklingen av betydligt mer kraftfulla solceller, vilket kan komma att transformera hur solljus fångas och omvandlas till användbar energi för att minska beroendet av fossila bränslen och bromsa klimatförändringarna.