Er is de laatste tijd veel onderzoek gedaan naar grafeen:koolstofvlokken, bestaande uit slechts één laag atomen. Zoals het blijkt, er zijn ook andere materialen die opmerkelijke eigenschappen vertonen als ze in een enkele laag worden gerangschikt. Een daarvan is wolfraamdiselenide, die voor fotovoltaïsche energie kunnen worden gebruikt.

Dunner dan dit wordt het niet:het nieuwe materiaal grafeen bestaat uit slechts één atomaire laag koolstofatomen en vertoont zeer bijzondere elektronische eigenschappen. Zoals het blijkt, er zijn ook andere materialen die intrigerende nieuwe technologische mogelijkheden kunnen openen als ze in slechts één of een paar atoomlagen zijn gerangschikt. Onderzoekers van de Technische Universiteit van Wenen zijn er nu voor het eerst in geslaagd een diode van wolfraamdiselenide te maken. Experimenten tonen aan dat dit materiaal kan worden gebruikt om ultradunne flexibele zonnecellen te maken. Zelfs flexibele displays kunnen mogelijk worden.

Dunne lagen zijn anders

Tenminste sinds de Nobelprijs voor natuurkunde in 2010 werd toegekend voor het maken van grafeen, de "tweedimensionale kristallen" gemaakt van koolstofatomen worden beschouwd als een van de meest veelbelovende materialen in de elektronica. In 2013, grafeenonderzoek werd door de EU gekozen als vlaggenschipproject, met een financiering van een miljard euro. Grafeen is bestand tegen extreme mechanische belasting en heeft geweldige opto-elektronische eigenschappen. Met grafeen als lichtdetector, optische signalen kunnen op extreem korte tijdschalen worden omgezet in elektrische pulsen.

Voor een zeer vergelijkbare toepassing, echter, grafeen is niet goed geschikt voor het bouwen van zonnecellen. "De elektronische toestanden in grafeen zijn niet erg praktisch voor het maken van fotovoltaïsche energie", zegt Thomas Müller. Daarom, hij en zijn team gingen op zoek naar andere materialen, die, vergelijkbaar met grafeen, kan gerangschikt in ultradunne lagen, maar hebben nog betere elektronische eigenschappen.

Het materiaal van keuze was wolfraamdiselenide:het bestaat uit één laag wolfraamatomen, die zijn verbonden door seleniumatomen boven en onder het wolfraamvlak. Het materiaal absorbeert licht, net als grafeen, maar in wolfraamdiselenide, dit licht kan worden gebruikt om elektrische stroom op te wekken.

De dunste zonnecellen ter wereld

De laag is zo dun dat 95% van het licht er net doorheen gaat – maar een tiende van de overige vijf procent, die door het materiaal worden geabsorbeerd, worden omgezet in elektrische stroom. Daarom, de interne efficiëntie is vrij hoog. Een groter deel van het invallende licht kan worden gebruikt als meerdere van de ultradunne lagen op elkaar worden gestapeld - maar soms kan de hoge transparantie een nuttig neveneffect zijn. "We stellen ons zonnecellagen voor op glazen gevels, die een deel van het licht het gebouw binnenlaten en tegelijkertijd elektriciteit opwekken", zegt Thomas Müller.

Vandaag, standaard zonnecellen zijn meestal gemaakt van silicium, ze zijn nogal omvangrijk en inflexibel. Organische materialen worden ook gebruikt voor opto-elektronische toepassingen, maar ze verouderen vrij snel. "Een groot voordeel van tweedimensionale structuren van enkele atoomlagen is hun kristalliniteit. Kristalstructuren geven stabiliteit", zegt Thomas Müller.

De resultaten van de experimenten aan de Technische Universiteit van Wenen zijn nu gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie . Het onderzoeksveld is uiterst competitief:in hetzelfde nummer van het tijdschrift nog twee papers worden gepubliceerd, waarin zeer vergelijkbare resultaten worden getoond. Onderzoekers van het MIT (Cambridge, VS) en aan de Universiteit van Washington (Seattle, USA) hebben ook de grote voordelen van wolfraamdiselenide ontdekt. Het lijdt weinig twijfel dat dit materiaal binnenkort een belangrijke rol zal spelen in de materiaalwetenschap over de hele wereld, net zoals grafeen de afgelopen jaren heeft gedaan.