Mycket forskning har gjorts på grafen nyligen - kolflingor, som bara består av ett lager av atomer. Som det visar sig, det finns också andra material som uppvisar anmärkningsvärda egenskaper om de är arrangerade i ett enda lager. En av dem är volframdiselenid, som skulle kunna användas för solceller.

Det blir inte tunnare än så här:Det nya materialet grafen består av endast ett atomlager av kolatomer och uppvisar mycket speciella elektroniska egenskaper. Som det visar sig, det finns andra material också, vilket kan öppna upp för spännande nya tekniska möjligheter om de är ordnade i bara ett eller mycket få atomlager. Forskare vid Wiens tekniska universitet har nu för första gången lyckats skapa en diod av volframdiselenid. Experiment visar att detta material kan användas för att skapa ultratunna flexibla solceller. Även flexibla skärmar kan bli möjliga.

Tunna lager är olika

Åtminstone sedan Nobelpriset i fysik delades ut 2010 för att skapa grafen, de "tvådimensionella kristallerna" gjorda av kolatomer har betraktats som ett av de mest lovande materialen inom elektronik. Under 2013, grafenforskning valdes av EU som ett flaggskeppsprojekt, med en finansiering på en miljard euro. Grafen kan utstå extrema mekaniska påfrestningar och det har utmärkta optoelektroniska egenskaper. Med grafen som ljusdetektor, optiska signaler kan omvandlas till elektriska pulser på extremt korta tidsskalor.

För en mycket liknande applikation, dock, grafen lämpar sig inte bra för att bygga solceller. "De elektroniska tillstånden i grafen är inte särskilt praktiska för att skapa solceller", säger Thomas Mueller. Därför, han och hans team började leta efter annat material, som, liknande grafen, kan arrangeras i ultratunna lager, men har ännu bättre elektroniska egenskaper.

Det valda materialet var volframdiselenid:Det består av ett lager volframatomer, som är förbundna med selenatomer ovanför och under volframplanet. Materialet absorberar ljus, ungefär som grafen, men i volframdiselenid, detta ljus kan användas för att skapa elektrisk kraft.

Världens tunnaste solceller

Skiktet är så tunt att 95 % av ljuset precis passerar igenom – men en tiondel av de återstående fem procenten, som absorberas av materialet, omvandlas till elektrisk kraft. Därför, den interna effektiviteten är ganska hög. En större del av det infallande ljuset kan användas om flera av de ultratunna lagren staplas ovanpå varandra – men ibland kan den höga transparensen vara en användbar bieffekt. "Vi tänker oss solcellsskikt på glasfasader, som släpper in en del av ljuset i byggnaden samtidigt som det skapar elektricitet", säger Thomas Mueller.

I dag, vanliga solceller är mestadels gjorda av kisel, de är ganska skrymmande och oflexibla. Organiska material används också för opto-elektroniska tillämpningar, men de åldras ganska snabbt. "En stor fördel med tvådimensionella strukturer av enkla atomlager är deras kristallinitet. Kristallstrukturer ger stabilitet", säger Thomas Mueller.

Resultaten av experimenten vid Wiens tekniska universitet har nu publicerats i tidskriften Naturens nanoteknik . Forskningsfältet är extremt konkurrenskraftigt:i samma nummer av tidskriften, ytterligare två artiklar publiceras, där mycket liknande resultat visas. Forskare vid MIT (Cambridge, USA) och vid University of Washington (Seattle, USA) har också upptäckt de stora fördelarna med volframdiselenid. Det verkar råda lite tvivel om att detta material snart kommer att spela en viktig roll inom materialvetenskap över hela världen, ungefär som grafen har gjort under de senaste åren.