В 1883 году, когда Чарльз Фриттс создал первый солнечный элемент, покрыв минерал селен золотом, его эффективность составила менее одного процента. То есть лишь небольшая часть фотонов, попавших на этот придуманный Фриттсом устройство, способствовала производству электроэнергии. Однако за последние 140 лет солнечная энергетика совершила огромные скачки вперед, и сегодня самый эффективный солнечный элемент в мире, созданный Национальной лабораторией возобновляемой энергии США в 2020 году, преобразует поразительные 47,1 процента солнечной энергии в электричество.

Этот внушительный рост эффективности — результат многолетних инженерных разработок и использования новейших знаний в области фотохимии, науки, изучающей химические реакции, вызванные светом. Чем лучше мы понимаем природу света и его различные возбужденные состояния, тем лучше ученые и инженеры могут повышать эффективность солнечных элементов. Это также означает, что они могут расшифровывать некоторые из самых загадочных аспектов фотохимии.

Одной из таких загадок является азулен, фундаментальная ароматическая молекула. Долгие десятилетия ученые не могли понять, почему эта молекула синего цвета, и только в 1970-х годах загадка её окраски была разгадана. Однако азулен остается загадкой и сегодня, так как его свойства нарушают фотохимическое правило, известное как правило Каши, названное в честь Майкла Каши, американского молекулярного спектроскописта. Правило Каши помогает объяснить, как молекулы испускают свет в различных возбужденных состояниях.

Недавно ученые из Института органической химии и биохимии (IOCB) Праги наконец выяснили, почему азулен нарушает это установленное правило. В их исследовании они обнаружили, что азулен переходит в возбужденное состояние, которое нарушает правило Каши, но во втором возбужденном состоянии становится ароматическим, и именно в этот момент молекула излучает свет.

Этот детальный анализ молекулы азулен может привести к новым способам улучшения эффективности солнечных элементов, так как понимание, как молекулы могут поглощать и перерабатывать энергию света, играет важную роль в развитии солнечной энергетики, предоставляя возможности использовать солнечную энергию более эффективно.