Solarenergie: Eine Revolution mit Graphen und Molybdänit?

Eine Gruppe von Forschern des renommierten MIT hat gerade einen Artikel veröffentlicht, in dem sie erklären, dass durch die Kombination von Graphen mit Molybdänit revolutionäre Solarzellen hergestellt werden könnten, die so dünn sind, dass sie alle bestehenden Technologien übertreffen würden. Die Forschung an Geräten, die in der Lage sind, Sonnenenergie mithilfe von Graphen zu erfassen, ist in letzter Zeit besonders zahlreich. Einige versuchen, Phototransistoren mit diesem außergewöhnlichen Material herzustellen, aber was am meisten begeistert und den größten Einfluss auf unser Leben haben könnte, ist die Möglichkeit, daraus revolutionäre photovoltaische Zellen zu machen.

Eine Gruppe von Forschern des berühmten MIT hat gerade einen Artikel in Nano Letters über eine neue Art von Graphen-Solarzellen veröffentlicht. Auf den ersten Blick sind die Leistungen enttäuschend. Die photovoltaische Zelle der Forscher ist deutlich weniger effizient als Standardzellen, da der Wirkungsgrad nur 1 bis 2 % für die Graphen-basierten Zellen beträgt, während die Silizium-Zellen 15 bis 20 % erreichen.

Graphen und TMD, das Wundermittel

Wenn man sich jedoch nur auf diese Überlegungen beschränkt, würde man einen wichtigen Punkt übersehen. Die Dicke der Zelle der MIT-Forscher beträgt kaum mehr als zwei Atome, da sie aus einem Stapel von einer Graphenschicht und einer zweiten, fast einatomig dicken Schicht besteht. Diese zweite Schicht besteht aus der Kombination eines Übergangsmetalls, wie Molybdän, mit einem Dichalkogenid (einer Verbindung, deren Formel zwei zweifach negativ geladene Ionen enthält, die von Elementen der 16. Spalte des Periodensystems wie Sauerstoff, Schwefel oder Selen abgeleitet sind). Das Material, aus dem diese zweite Schicht besteht, ist daher ein Beispiel für das, was im Englischen als Transition Metal Dichalcogenides (TMD) bezeichnet wird. Ein bekanntes TMD ist Molybdänit, das vor einiger Zeit als Konkurrent von Graphen für die Herstellung von Transistoren vorgestellt wurde.

Diese Graphen- und TMD-Zelle ist hunderttausendmal dünner als eine herkömmliche photovoltaische Zelle. Bei gleichem Gewicht sind Solarzellen aus solchen Zellen erheblich effizienter als alle aktuellen Modelle. Sie wären besonders geeignet, um Flugzeuge, Satelliten oder Raumsonden auszurüsten. Zudem sind sie sehr widerstandsfähig gegen UV-Strahlung, Luft und Feuchtigkeit und müssen nicht mit einer Glasschicht bedeckt werden. Schließlich ist Molybdänit auf der Erde sehr reichlich vorhanden.

Ein Rekord... für noch theoretische photovoltaische Zellen

Bei solchen Eigenschaften scheint es wie ein Traum, und dies rechtfertigt voll und ganz die Bezeichnung „Wundermaterial“ für Graphen. Die Revolution der Solarenergie scheint greifbar nahe, aber tatsächlich träumen wir im Moment noch...

Die Arbeit der MIT-Forscher ist in der Tat rein theoretisch und basiert nur auf Berechnungen. Darüber hinaus wissen wir noch nicht, wie man Molybdänit industriell exfoliert. Doch dieses letzte Hindernis scheint weit davon entfernt, unüberwindbar zu sein. Es gibt jedoch viele mögliche TMDs, die darauf warten, in Kombination mit Graphen erforscht zu werden. Wer kann vorhersagen, was die Nanotechnologien mit diesen Materialien in zehn Jahren hervorbringen werden?

Quelle: futura-sciences.com