Fotonová fúze je proces, který povede k inovaci procesu přeměny fotonů s malou energií na fotony o vyšší energii. Zmíněnou technologii vyvinuli vědci z Institutu Maxe Plancka v Mohuči ve spolupráci s jejich štutgartskými kolegy ze Sony Materials Science Laboratory. Za pomoci dvou na světlo reagujících látek se jim podařilo změnit fotony normálního světla ze slunečních paprsků a vázat tuto energii do fotonů o konkrétní vlnové délce. Úspěšné zvládnutí tohoto procesu by mělo vést ke vzniku vysoce účinných fotovoltaických článků nové generace.
Účinnost stávajících fotovoltaických článků je nízká. Kromě jiných důvodů také proto, že neumí využít světlo o dlouhé vlnové délce. Proces, který nízko energetický tok částic (fotonů) přemění na energeticky významnější tok energie o kratší vlnové délce, udělá z nevyužitelného vlnění zdroj energie dramaticky zvyšující výkon a účinnost solárních článků.
Z minula je jev párování fotonů znám pouze z pokusů s laserem kdy se něco podobného dařilo jen za výjimečných podmínek.
Objev o kterém nyní referujeme, je ohromný krok vpřed. Poprvé v historii se podařilo provést fúzi fotonů na "normálním" nekoherentním světle. Jinak řečeno - podařilo se změnit vlnovou délku u světla přicházejícího ze Slunce. Dokáže to tekutina, která obsahuje dvě látky. Tou první je platinum oktaethyl porfyrin, druhou pak chemikálie difenylanthracen. Spolupráce těchto pomocníků dokáže měnit zelené světlo na modré. Na první pohled nám to může připadat jako nic moc významného. Hranol přece také umí udělat z bílého světla modré a dokonce i jiné barvy. Jenže pozor, v jeho případě jde o pouhé rozložení světelného spektra. V tomto případě nejde o žádné filtrování některých vlnových délek světla, ale o něco zcela odlišného. Do roztoku jde světlo o dlouhé vlnové délce (zelené) a vychází z něj jako modré, které má vlnovou délku krátkou. Jde tedy o skutečnou přeměnu světla. Proč je ten poznatek tak důležitý? Inu proto, že se podařilo spárovat fotony a vytvořit z nich jiný.
Jde o změnu vlnění o nízké energii na vysoce energetické. V tomto případě jsou fotonoví partneři dáváni dohromady mechanismem který se nazývá anihilace tripletů. Aby ke spojení dvou fotonů vůbec došlo, je potřeba dvou pomocných molekul.
Molekula přijímače (zelená s červenou platinou uprostřed) absorbuje zelené světlo ( hν = světelná energie)a přenáší ho na molekulu zářiče (modře). Následuje vyslání jednoho modrého fotonu.
Molekuly převádějících látek plní dvě rozdílné funkce. Jedna slouží jako přijímač k zachycování zeleného světla, druhá zachycené fotony páruje. Spojuje dva nízko energetické fotony do jednoho vysoce energetického fotonu.
Při podrobnějším pohledu na to, co se vlastně v tekutině děje zjistíme, že molekuly přijímače dodanou energii přijmou a podrží ji do okamžiku, než si ji od nich odeberou molekuly zářiče. Také molekuly zářiče si dokáží podržet svůj nabitý stav. Ty zase čekají do chvíle, než se v jejich těsném sousedství vyskytne jiná nabitá molekula a jakmile se tak stane, jedna z molekul svůj potenciál předá své sousedce. Ta z molekul, co získala vysoce energetický stav, v něm dlouho nevydrží a zbaví se jej vysláním "modrého" fotonu. Výsledkem je to, že molekulu zářiče opouští jiné světlo, než jaké do ní přišlo. Jde o děj, při kterém se netvoří energie, pouze se energie dvou fotonů spojuje v jednu jedinou, na jiné energetické hladině.
Proces je z chemického hlediska poměrně komplikovaný, protože je potřeba docílit toho, aby spolupracující molekuly byly k sobě dost blízko, aby vzdálenost mezi nimi dovolila přenos energie. Zároveň ale musí být dost daleko, aby mezi molekulami přijímače a zářiče nedocházelo ke „zkratům“. Podrobnosti zpráva v tomto směru neuvádí.
Unikátní na tomto objevu je především to, že se podařilo získat látku, která uskladní energii „dlouhého“ světla po dobu, než se ji podaří převést do molekuly zářiče. Tuto látku vědci našli až v podobě komplexu, kterým je kombinace atomů kovu s organickou látkou. Jde o organickou molekulu, v jejímž kruhu je umístěn atom platiny.
Molekula zářiče je zase zajímavá tím, že je schopna přijmout nabízený foton a podržet ho dokud jiná excitovaná molekula v dosahu není pro fotonovou fúzi připravena.
Souhra těchto procesů dovoluje využít i tu část slunečního záření, která je pro stávající solární články odpadem. Tento objev by měl již sám o sobě výrazně zvýšit účinnost zařízení, která získávají elektrickou energii ze slunečního světla. V Mohuči a Štutgartu ale již údajně testují další látky a předpokládají, že se jim podaří najít molekuly, které dokáží zpracovat fotony i dalších barev světelného spektra.
Pramen: Max Planck Institute
Publikace v tisku: S. Balouchev, T. Miteva, V. Yakutkin, G. Nelles, A. Yasuda, and G. Wegner „Up-Conversion Fluorescence: Noncoherent Excitation by Sunlight“,
Physical Review Letters