Tanjše od tega ni več mogoče: nov material z imenom Grafen sestavlja le eno atomsko plast ogljikovih atomov in ima čisto posebne elektronske lastnosti. Kot se je izkazalo, obstajajo tudi drugi podobni materiali, ki bi skupaj z njim lahko odprli pot novim in zanimivim tehnološkim možnostim, če so razporejeni v samo eni ali zelo majhnem številu atomskih plasti. Raziskovalcem z dunajske univerze za tehnologije je zdaj prvič uspelo ustvariti diodo iz volframovega di-selenida. Eksperimenti kažejo, da se ta material lahko uporabi za ustvarjanje tankih prilagodljivih sončnih celic, prav tako pa bo mogoča tudi uporaba pri upogljivih zaslonih.
Tanke plasti so drugačne
Vsaj od tistega trenutka, ko je bila leta 2010 podeljena Nobelova nagrada za fiziko za izum grafena, so „dvodimenzionalni kristali“, izdelani iz ogljikovih atomov veljali za enega najbolj obetavnih materialov v elektroniki. Leta 2013 je EU izbrala raziskave v zvezi z grafenom kot paradni projekt in ga podprla s financiranjem v višini ene milijarde evrov. Grafen lahko zdrži skrajno neugodne mehanske obremenitve in ima odlične opto-elektronske lastnosti. Z grafenom kot svetlobnim detektorjem lahko optične signale pretvorimo v električne impulze v zelo kratkih časovnih okvirih.
Čeprav gre za zelo podobno aplikacijo, pa grafen ni primeren za izdelavo sončnih celic. „ Elektronsko stanje v grafenu ni prav nič praktično za ustvarjanje fotovoltaike,“ pravi Thomas Mueller. Zato so on in njegova ekipa začeli iskati druge materiale, ki so, podobno kot grafen, lahko razporejeni v tankih plasteh, vendar imajo še boljše elektronske lastnosti.
Izbrani material je volframov di-selenid: sestoji iz ene plasti atomov volframa, ki so povezani z atomi selena nad in pod ravnino, ki jo tvorijo volframovi atomi. Material vpija svetlobo, podobno kot grafen, ampak znotraj volframovega di-selenida lahko to svetlobo uporabimo za ustvarjanje električne energije.
Najtanjše sončne celice na svetu
Plast je tako tanka, da prepušča kar 95 % vse svetlobe, ki pade nanjo, vendar pa se desetina od preostalih petih odstotkov vseeno pretvori v električno energijo. Iz tega lahko zaključimo, da je učinkovitost znotraj materiala razmeroma visoka. Veliko večji del vpadle svetlobe lahko izkoristimo, če več takšnih tankih plasti zložimo eno vrh druge in v tem primeru lahko visoko transparentnost štejemo kot zelo koristen stranski učinek.
„Že sedaj vidimo možnost uporabe sončnih celic v več plasteh v obliki steklene fasade, ki del svetlobe prepuščajo v objekt, pri tem pa ustvarjajo še električno energijo,« pravi Thomas Mueller.
V današnjem času so standardne sončne celice večinoma iz silicija, zato so precej velike in neprilagodljive. Za opto-elektronske aplikacije se sicer uporabljajo tudi organski materiali, vendar se precej hitro starajo. „Velika prednost dvodimenzionalne strukture posameznih atomskih plasti je njihova kristalnost. Kristalne strukture zagotavljajo stabilnost, „pravi Thomas Mueller.
Rezultati poskusov na dunajski univerzi za tehnologije so zdaj objavljeni v reviji Nature Nanotechnology. Raziskovalno področje je zelo konkurenčno: v isti številki revije sta objavljena še dva dokumenta, v katerih so prikazani zelo podobni rezultati. Raziskovalci na Massachusetts Institute of Technology in na univerzi v Washington so prav tako odkrili velike prednosti volframovega di-selenida. Nikakor ne more biti več dvoma, da bo ta material kmalu igral pomembnejšo vlogo v znanosti o materialih po vsem svetu, podobno kot jo ima v zadnjih nekaj letih grafen.
Sončne celice debeline enega atoma
R&D magazine
2014_SE221_8
