Das Team vom Institut für Photonik der TU Wien begab sich auf die Suche nach Materialen, aus denen sich, ähnlich wie beim Kohlenstoff-Material Graphen, ultradünne Schichten aus nur einer oder aus wenigen Atomlagen herstellen lassen. Graphen hält enormen mechanischen Kräften stand und kann in winzigen Sekundenbruchteilen optische Signale in elektrische Signale umwandeln, ist aber nicht als Solarzelle verwendbar. „Die elektronischen Zustände in Graphen sind für den Einsatz als Solarzelle nicht besonders gut geeignet“, sagt Thomas Müller Institut für Photonik.
Ganz im Gegensatz zu der Diode aus Wolframdiselenid, die die Forscher hergestellt haben: sie besteht aus einer Schicht Wolfram-Atome, die oberhalb und unterhalb mit Selen-Atomen verbunden sind. Das Material absorbiert Licht, mit der sich elektrische Leistung generieren lässt.
Die Schicht ist so extrem dünn, dass sie 95 Prozent des Lichts durchlässt - doch von den verbleibenden fünf Prozent Lichtleistung, die vom Material absorbiert wird, kann ein Zehntel in elektrische Leistung umgewandelt werden. Will man einen größeren Anteil des einfallenden Lichtes nutzen, könnte man mehrere dieser ultradünnen Schichten übereinanderpacken. Die hohe Transparenz kann aber durchaus gewünscht sein: „Wir können uns etwa Solarzellen-Schichten auf Glasfassaden vorstellen, die das meiste Licht ins Gebäude lassen und trotzdem Elektrizität generieren“, so Thomas Müller.
Herkömmliche Solarzellen bestehen meist aus Silizium und sind relativ dick und unflexibel. Auch organische Materialien werden für opto-elektronische Anwendungen eingesetzt, doch sie altern schnell. „Ein großer Vorteil der zweidimensionalen Strukturen aus einzelnen Atomlagen ist, dass sie kristallin sind. Kristallstrukturen verleihen Stabilität“, erklärt Müller. Die Wolframdiselenid-Schicht kann nicht nur Sonnenlicht in Strom umwandeln, sie kann auch umgekehrt mit Hilfe von Stromzufuhr zum Leuchten gebracht werden. „Wir erhoffen uns damit eines Tages dünne, flexible Displays, oder auch großflächig-diffuse Raumbeleuchtung“, sagt Thomas Müller. An der neuen Technologie wird parallel am MIT und an der University of Washington geforscht.
