Zonne-energie: een revolutie met grafeen en molybdeniet?

Een groep onderzoekers van het prestigieuze MIT heeft zojuist een artikel gepubliceerd waarin wordt gesteld dat door het combineren van grafeen met molybdeniet het mogelijk zou zijn revolutionaire zonnecellen te fabriceren, die zo dun zijn dat ze alle bestaande technologieën zouden overtreffen. Onderzoek naar apparaten die zonne-energie kunnen opvangen met behulp van grafeen is de laatste tijd bijzonder overvloedig. Sommigen proberen fototransistoren met dit buitengewone materiaal te maken, maar wat het meest tot de verbeelding spreekt en de grootste impact op ons leven zou hebben, is de mogelijkheid om er revolutionaire fotovoltaïsche cellen van te maken.

Een groep onderzoekers van het beroemde MIT heeft zojuist in Nano Letters een artikel gepubliceerd over een nieuw type grafeen-zonnecellen. Op het eerste gezicht zijn de prestaties teleurstellend. De fotovoltaïsche cel van de onderzoekers is aanzienlijk minder efficiënt dan standaardcellen, aangezien het rendement slechts 1 tot 2% bedraagt voor de grafeen-gebaseerde cel, terwijl siliciumcellen 15 tot 20% bereiken.

Grafeen en TMD, het wonderrecept

Maar als we ons beperken tot deze overwegingen, zouden we een belangrijk punt missen. De dikte van de cel van de MIT-onderzoekers is nauwelijks meer dan twee atomen, omdat deze bestaat uit een stapel van één grafeenlaag en een tweede, bijna mono-atomische laag. Deze tweede laag is samengesteld uit de combinatie van een overgangsmetaal, zoals molybdeen, en een dichalcogenide (een verbinding waarvan de formule twee ionen met twee negatieve ladingen bevat, afkomstig van elementen uit de 16e kolom van het periodiek systeem zoals zuurstof, zwavel of selenium). Het materiaal waaruit deze tweede laag bestaat, is dus een voorbeeld van wat in het Engels transition metal dichalcogenides (TMD) wordt genoemd. Een bekende TMD is molybdeniet, dat enige tijd geleden werd gepresenteerd als concurrent van grafeen voor de productie van transistors.

Deze grafeen- en TMD-cel is honderdduizenden keren dunner dan een conventionele fotovoltaïsche cel. Bij gelijk gewicht zijn zonnecellen gemaakt van dergelijke cellen aanzienlijk efficiënter dan alle huidige modellen. Ze zouden bijzonder geschikt zijn voor het uitrusten van vliegtuigen, satellieten of ruimtesondes. Bovendien zijn ze zeer bestand tegen UV-straling, lucht en vocht en hoeven ze niet met een glaslaag te worden bedekt. Ten slotte is molybdeniet zeer overvloedig op aarde.

Een record... voor nog theoretische fotovoltaïsche cellen

Met dergelijke eigenschappen lijkt het een droom, en dit rechtvaardigt volledig de aanduiding van wondermateriaal voor grafeen. De revolutie van zonne-energie lijkt binnen handbereik, maar inderdaad, voor nu dromen we nog...

Het werk van de MIT-onderzoekers is inderdaad puur theoretisch en is alleen gebaseerd op berekeningen. Bovendien weten we nog niet hoe we molybdeniet industrieel kunnen exfoliëren. Maar deze laatste hindernis lijkt verre van onoverkomelijk. Er zijn echter veel mogelijke TMD's die wachten om in combinatie met grafeen te worden onderzocht. Wie kan voorspellen wat de nanotechnologie met deze materialen binnen tien jaar zal opleveren?

Bron: futura-sciences.com