Zwei unterschiedliche Halbleitermaterialien, die jeweils aus nur drei Atomlagen bestehen, haben Thomas Müller, Marco Furchi und Andreas Pospischil vom Institut für Photonik kombiniert. Die Verbindung einer ultradünnen Schicht des photoaktiven Kristalls Wolframdiselenid mit einer zweiten Schicht aus Molybdändisulfid ergibt vielversprechende neue Struktur für Solarzellen.
Wolframdiselenid ist ein Halbleiter, der aus drei Atomschichten besteht. In der Mitte befindet sich eine Lage von Wolfram-Atomen, die oberhalb und unterhalb der Schicht durch Selen-Atome verbunden sind. Dass Wolframdiselenid geeignet ist, elektrischen Strom aus Licht zu erzeugen, konnten die Forscher bereits vor einigen Monaten zeigen. Allerdings müsste man beim Bau einer Solarzelle aus reinem Wolframdiselenid in Mikrometer-engen Abständen winzige Elektroden in das Material einbauen. Durch die Kombination mit Molybdändisulfid, das ebenso aus drei Atomlagen besteh, sei das nun nicht mehr nötig, so Thomas Müller. Somit lässt sich das Schichtsystem als großflächige Solarzelle einsetzen.
„Eine der größten technischen Herausforderungen war es, die beiden Materialien atomar flach aufeinander aufzubringen“, sagt Müller. „Wenn sich zwischen den beiden Schichten noch andere Moleküle verstecken, sodass kein direkter Kontakt gegeben ist, dann funktioniert die Solarzelle nicht.“ Gelungen ist dieses Kunststück schließlich, indem man beide Schichten zunächst in Vakuum ausheizte und dann in gewöhnlicher Atmosphäre zusammenfügte. Wasser zwischen den beiden Lagen konnte durch nochmaliges Ausheizen aus dem Schichtsystem entfernt werden.
Das neue Material ist sehr flexibel und extrem leicht: 300 m2 des Films wiegen nur etwa ein Gramm. Ein großer Teil des Lichts wird durchgelassen, der absorbierte Anteil in elektrische Energie umgewandelt. Denkbar ist etwa der Einsatz auf Glasfassaden, wo das neue Material Licht durchlassen und trotzdem Strom erzeugen könnte. Um eine höhere Energieausbeute auf Kosten reduzierter Transparenz zu erreichen arbeitet das Team gegenwärtig daran, mehr als zwei Schichten aufeinander zu stapeln.
