Найден потенциальный конкурент графена в материаловедении

Ультратонкие слои вольфрама и селена, как показали эксперименты, могут использоваться в качестве гибких полупрозрачных солнечных батарей.

Инновационный материал графен состоит всего из одного слоя атомов углерода и обладает весьма специфическими электронными свойствами. Как выясняется, есть и другие материалы, способные открывать новые технологические возможности, если они упорядочены в одном или нескольких атомных слоях.

Исследователи из Венского технологического университета впервые преуспели в изготовлении диода из диселенида вольфрама. Эксперименты показали, что этот материал может использоваться для создания ультратонких гибких солнечных батарей или даже гибких дисплеев.

Тонкие слои бывают разными

По крайней мере, с 2010 года, когда за изобретение графена была вручена Нобелевская премия, «двумерные кристаллы», сделанные из атомов углерода, оцениваются как один из наиболее многообещающих материалов в электронике. В 2013 году исследование графена было выбрано как передовой проект с финансированием в объеме 1 млрд евро. Графен способен выдерживать чрезвычайное механическое напряжение, и он обладает большими оптикоэлектронными свойствами. С помощью графена в качестве датчика света оптические сигналы могут быть преобразованы в электрические импульсы в чрезвычайно коротком временном масштабе.

При этом графен не очень хорошо подходит для создания солнечных батарей.

«Электронные состояния в графене не очень практичны для создания фотогальваники», сообщил Томас Мюллер. Именно потому ученый с коллегами стали искать подобные материалы, которые также могут быть сформированы тонкими слоями, но при этом обладают лучшими электронными свойствами.

Выбор пал на диселенид вольфрама. Он состоит из одного слоя атомов вольфрама, которые соединены атомами селена выше и ниже вольфрамовой плоскости. Материал поглощает свет подобно графену, однако в диселениде вольфрама этот свет может использоваться для генерации электричества.

Самые тонкие солнечные батареи в мире

Слой диселенида вольфрама настолько тонок, что сквозь него проходит 95% света, но при этом десятая часть оставшихся 5% преобразуется в электричество. Поэтому внутренняя эффективность материала весьма высока. Большая часть падающего света может использоваться, если друг на друга сложены сразу несколько ультратонких слоев, однако временами высокая прозрачность является полезным побочным эффектом. «Таким материалом можно покрывать стеклянные фасады зданий, которые позволяют большей части света проникать в помещение, попутно генерируя электричество», сообщил Томас Мюллер.

Современные солнечные батареи изготавливаются из кремния, являются довольно крупными и не гнутся. Для оптикоэлектронного применения используются также органические материалы, однако они слишком быстро приходят в негодность.

«Большое преимущество двумерных одноатомных слоев — их кристалличность. Кристаллические структуры стабильны», отметил Томас Мюллер.

Результаты эксперимента, проведенного учеными, опубликованы в издании Nature Nanotechnology. Область исследования весьма конкурентоспособна: в том же выпуске издания опубликованы еще две подобных работы со сходными результатами. Исследователи из Массачусетского технологического института и Вашингтонского университета в Сиэтле также выявили значительные преимущества диселенида вольфрама. Кажется, совсем скоро этот материал будет играть важную роль в материаловедении, как в последние годы графен.

10.03.2014