Nieuw materiaal voor ultradunne zonnecellen

Wetenschappers zijn erin geslaagd een halfgeleider structuur te ontwikkelen bestaande uit 2 ultradunne lagen die uitermate geschikt zijn om fotovoltaïsche stroom op te wekken.

Trefwoorden: #tungsten zonnecel, #ultradun zonnecel, #wolfraam zonnecel

Lees verder

Nieuws

( Foto: Vienna University of Technology )

ENGINEERINGNET – Extreem dunne, semi-transparante, flexibele zonnecellen kunnen weldra een realiteit zijn.

Thomas Mueller, Marco Furchi en Andreas Pospischil van de University of Technology in Wenen zijn erin geslaagd een halfgeleider structuur te ontwikkelen bestaande uit 2 ultradunne lagen die uitermate geschikte zijn om fotovoltaïsche stroom op te wekken. Het resultaat zijn extreem lichte en flexibele zonnecellen (300m² weegt slechts 1 gram).

Een aantal maanden geleden produceerde het team reeds een eerste ultradunne laag op basis van wolfraamdiselenide. Kristallen van dit element bestaan uit wolfraam en selenium (3 atomische lagen: één laag wolfraam tussen 2 lagen selenium atomen). Deze halfgeleider werd nu gecombineerd met een tweede laag gemaakt van molybdeendisulfide. Deze combinatie zou in de toekomst kunnen gebruikt worden om goedkope zonnecellen te fabriceren.

In de materiaalwetenschappen zijn ultradunne materialen (die slechts bestaan uit één of enkele atomische lagen) een trending topic. Grafeen is daar een voorbeeld van. Het is een enkellaagsvlaak van koolfstofatomen. Vertrekkende van grafeen hebben de Weense onderzoekers deze inzichten nu toegepast op andere materialen.

“Twee-dimensionale kristallen hebben vaak elektrische eigenschappen die volledig verschillen van dikkere lagen van hetzelfde materiaal,” legt Thomas Mueller uit. Zijn team was het eerst om 2 verschillende, ultradunne halfgeleiders te combineren en hun electro-optische mogelijkheden te bestuderen.

“We konden reeds aantonen dat wolfraamdiselenide kan gebruikt worden om licht in elektrische energie om te zetten. Maar een zonnecel die enkel bestaat uit wolfraamdiselenide zou talloze metalen elektrodes nodig hebben opeengepakt op een miniskule oppervlakte. Door de combinatie met molybdeendisulfide, dat ook bestaat uit 3 atomische lagen, hebben we dit probleem omzeild,” verklaart Mueller. Aldus het team is de basis gelegd om volgens dit principe zonnecellen te produceren op grote schaal.

De grootste uitdaging was om de 2 materialen zo te combineren dat ze samen een vlakke atoom structuur vormen. Als er zich molekulen tussen de 2 lagen bevinden dan zal de zonnecel niet werken. Dit werd opgelost door beide lagen op te warmen in een vacuüm ruimte en vervolgens te hechten onder normale druk.

Een deel van het licht straalt doorheen het materiaal, een ander deel wordt geabsorbeerd en omgezet in elektrische energie. Het materiaal kan dus gebruikt worden voor bijvoorbeeld glazen gevels. Ze laten veel licht door en zetten de rest om in energie.