Fleksibel, semi-transparente ultratynde solceller

Der er for nylig blevet forsket meget på grafen - kulstofflager, bestående af kun et lag atomer. Det viser sig, der er også andre materialer, som udviser bemærkelsesværdige egenskaber, hvis de er arrangeret i et enkelt lag. En af dem er wolframdiselenid, som kunne bruges til solcelleanlæg.

Det bliver ikke tyndere end dette:Det nye materiale grafen består kun af ét atomlag af kulstofatomer og udviser helt særlige elektroniske egenskaber. Det viser sig, der er også andre materialer, som kan åbne spændende nye teknologiske muligheder, hvis de er arrangeret i blot et eller meget få atomlag. Forskere ved Wiens teknologiske universitet er nu for første gang lykkedes med at skabe en diode lavet af wolframdiselenid. Eksperimenter viser, at dette materiale kan bruges til at skabe ultratynde fleksible solceller. Selv fleksible skærme kunne blive mulige.

Tynde lag er forskellige

I hvert fald siden Nobelprisen i fysik blev tildelt i 2010 for at skabe grafen, de "todimensionelle krystaller" lavet af kulstofatomer er blevet betragtet som et af de mest lovende materialer inden for elektronik. I 2013 grafenforskning blev valgt af EU som et flagskibsprojekt, med en finansiering på en milliard euro. Grafen kan tåle ekstrem mekanisk belastning, og det har store opto-elektroniske egenskaber. Med grafen som lysdetektor, optiske signaler kan omdannes til elektriske impulser på ekstremt korte tidsskalaer.

For en meget lignende applikation, imidlertid, grafen er ikke velegnet til at bygge solceller. "De elektroniske tilstande i grafen er ikke særlig praktiske til at skabe fotovoltaik", siger Thomas Mueller. Derfor, han og hans team begyndte at lede efter andre materialer, hvilken, på samme måde som grafen, kan arrangeres i ultratynde lag, men har endnu bedre elektroniske egenskaber.

Det valgte materiale var wolframdiselenid:Det består af et lag wolframatomer, som er forbundet med selenatomer over og under wolframplanet. Materialet absorberer lys, meget som grafen, men i wolfram diselenid, dette lys kan bruges til at skabe elektrisk strøm.

Verdens tyndeste solceller

Laget er så tyndt, at 95 % af lyset lige passerer igennem – men en tiendedel af de resterende fem procent, som absorberes af materialet, omdannes til elektrisk strøm. Derfor, den interne effektivitet er ret høj. En større del af det indfaldende lys kan bruges, hvis flere af de ultratynde lag stables oven på hinanden – men nogle gange kan den høje gennemsigtighed være en nyttig bivirkning. "Vi forestiller os solcellelag på glasfacader, som lukker en del af lyset ind i bygningen og samtidig skaber elektricitet", siger Thomas Mueller.

I dag, standard solceller er for det meste lavet af silicium, de er ret omfangsrige og ufleksible. Organiske materialer bruges også til opto-elektroniske applikationer, men de ældes ret hurtigt. "En stor fordel ved todimensionelle strukturer af enkelte atomlag er deres krystallinitet. Krystalstrukturer giver stabilitet", siger Thomas Mueller.

Resultaterne af eksperimenterne på Wiens teknologiske universitet er nu blevet offentliggjort i tidsskriftet Natur nanoteknologi . Forskningsfeltet er ekstremt konkurrencedygtigt:i samme nummer af tidsskriftet, yderligere to artikler er udgivet, hvor meget lignende resultater vises. Forskere ved MIT (Cambridge, USA) og ved University of Washington (Seattle, USA) har også opdaget de store fordele ved wolframdiselenid. Der synes ikke at være nogen tvivl om, at dette materiale snart vil spille en vigtig rolle i materialevidenskab over hele verden, meget ligesom grafen har gjort i de sidste par år.