Dünnste Solarzelle der Welt macht Fenster zu Kleinkraftwerken
Auch Fenster könnten zukünftig zu Solarkraftwerken werden – mithilfe der dünnsten Solarzelle der Welt, die Forscher aus Wien entwickelt haben. Sie ist nur wenige Atomlagen dick, transparent und ultraleicht: 300 Quadratmeter wiegen gerade einmal ein Gramm.
Marco Furchi, Thomas Müller und Andreas Pospischil (v.l.n.r.): Die Forscher der TU Wien entwickeln die Solarzelle, die aus nur wenigen Atomlagen besteht.
Foto: TU Wien
Eins der beiden Basismaterialien stellten die Wiener Forscher bereits im Frühjahr vor: ein photoelektrisches Material namens Wolframdiselenid. Diesem hatten Thomas Müller und seine Mitarbeiter Marco Furchi und Andreas Pospischil von der Technischen Universität Wien eine graphenartige Struktur gegeben.
Sie ordneten die Moleküle in lauter aneinandergereihten Sechsecken an, die an Bienenwaben erinnern. Darauf legten sie eine ebenfalls ultradünne Schicht aus Molybdändisulfid. Den Abschluss bildeten auf beiden Seiten Schichtelektroden, die den erzeugten Solarstrom zum Verbraucher leiten.
300 Quadratmeter Folie wiegen nur ein Gramm
Das neue Material bietet erstaunliche Möglichkeiten. So besteht die Solarzelle der Wiener Forscher aus nur wenigen Atomlagen, ist also nahezu vollkommen transparent. Sie könnte auf Fensterscheiben geklebt werden, die dadurch zu Kleinkraftwerken würden.
Dabei ist die Folie ultraleicht: 300 Quadratmeter wiegen gerade mal ein Gramm. Dazu ist die Solarfolie flexibel. Dadurch lassen sich praktisch alle Oberflächen in Stromspender verwandeln. Ehe die Zellen praktisch genutzt werden können, ist allerdings noch einiges an Entwicklungsarbeit zu leisten. Um eine höhere Energieausbeute zu erreichen, arbeitet das Team gegenwärtig daran, mehr als zwei Schichten aufeinander zu stapeln.
Zwei Schichten übernehmen unterschiedliche Aufgaben
Wolframdiselenid ist ein Halbleiter, der aus drei Atomschichten besteht. In der Mitte befindet sich eine Lage von Wolframatomen, die oberhalb und unterhalb der Schicht durch Selenatome verbunden sind. Wenn Lichtteilchen auftreffen, trennen sich Ladungen. Elektronen werden frei, sodass sie umherwandern können. Doch in Bruchteilen von Sekunden finden sie sogenannte Löcher, mit denen sie sich verbinden und zum Neutrum werden – ohne dass der Strom nutzbar wird.
Das Schichtsystem der Solarzelle: innen die beiden Halbleiter, darüber und darunter befinden sich elektrische Kontakte.
Foto: TU Wien
Praktische Bedeutung bekommt die Zelle durch die zweite Schicht. Denn statt im Wolframdiselenid zu bleiben, wandern die Elektronen in die Molybdändisulfid-Schicht und von dort in die anliegende Elektrode. Die Löcher, also die positiven Ladungen, bleiben im Wolframdiselenid. Wenn die Elektronen ihre Pflicht erfüllt haben, also elektrische Arbeit geleistet haben, kehren sie über die zweite Elektrode in die Zelle zurück und vereinigen sich wieder mit den Löchern. Die weiter einprasselnden Lichtteilchen reißen sie wieder auseinander, sodass der Stromfluss erhalten bleibt.