咖啡因可增強(qiáng)太陽(yáng)能電池的能量

電子設(shè)備必須在85°C下運(yùn)行并持續(xù)1000小時(shí)，才能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)加速壽命試驗(yàn)。咖啡最好是在85°C的溫度下飲用——這是一個(gè)事實(shí)，這正是快速成長(zhǎng)的85°C面包連鎖店的名字。這只是一個(gè)毫無(wú)意義的巧合嗎？洛杉磯加利福尼亞大學(xué)的光伏研究人員可不這么認(rèn)為。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，85度是隱藏在眼前的線索。

加州大學(xué)洛杉磯分校Yang Yang教授領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室里擠滿了喝咖啡的人，他們花了幾年的時(shí)間尋找一種穩(wěn)定性增強(qiáng)添加劑，從咖啡中找到了提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率的方法。一天早上，Yang Yang研究組里的兩個(gè)博士生，邊喝咖啡邊討論鈣鈦礦研究。Rui Wang說(shuō)：“我們?nèi)诵枰Х葋?lái)提神，那么鈣鈦礦呢？也許它們也需要咖啡才能表現(xiàn)得更好？”

近年來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)開(kāi)始崛起，因?yàn)閱尉Ч枧c多晶硅的太陽(yáng)能電池在提煉過(guò)程中需要消耗大量的電力，制造成本較高，而鈣鈦礦太陽(yáng)能具有與單晶硅接近的光電轉(zhuǎn)換效率、但其制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本也較為低廉，所以鈣鈦礦太陽(yáng)能電池受到了全球?qū)W術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，發(fā)展迅速。

該研究成果由位于香港的Salaiga能源控股公司和兩所中國(guó)大學(xué)共同完成，于今日發(fā)表在能源研究雜志Joule上。

早些時(shí)候，Yang在IEEE Spectrum上解釋了咖啡因如何提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率的方法?？Х纫蚴且环N常見(jiàn)的生物堿，它里面的未成對(duì)電子可以與鈣鈦礦材料中的鉛離子相互作用?？Х纫蚍肿由系聂驶鶊F(tuán)可以和鈣鈦礦的鉛離子形成一個(gè)分子鎖。這可以提高鈣鈦礦分解所需要的能量勢(shì)壘，從而讓鈣鈦礦穩(wěn)定下來(lái)。同時(shí)，這樣的分子鎖可以降低鈣鈦礦晶體的成核速度，得到更高質(zhì)量的鈣鈦礦多晶薄膜，且可以使鈣鈦礦的晶粒更具有取向性，從而提高載流子的傳輸效率，這就可以提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

這是一項(xiàng)重要的進(jìn)展，這說(shuō)明咖啡因可以幫助鈣鈦礦獲得高結(jié)晶度、低缺陷和良好的穩(wěn)定性。這也意味著它可能在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化中發(fā)揮巨大作用。不過(guò)，由于其作用機(jī)理是咖啡因與鈣鈦礦里的鉛離子產(chǎn)生了相互作用，這一過(guò)程不適用于單晶硅太陽(yáng)能電池。

目前團(tuán)隊(duì)也有研制出咖啡因鈣鈦礦太陽(yáng)能原型，他們?cè)诙谆柞０?、甲基碘化銨和碘化鉛溶液中添入咖啡因之后，再以氧化銦錫玻璃為基板，打造出獨(dú)一無(wú)二的咖啡因鈣鈦礦薄膜，最后再將之集成進(jìn)太陽(yáng)能電池中。

為了測(cè)試其耐熱性，UCLA團(tuán)隊(duì)把咖啡因鈣鈦礦太陽(yáng)能電池放在85°C的環(huán)境中，結(jié)果顯示，咖啡因鈣鈦礦電池?zé)岱€(wěn)定度相當(dāng)不錯(cuò)，維持長(zhǎng)達(dá)1,300小時(shí)，功率轉(zhuǎn)換效率也可達(dá)86%。相較之下，傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在175小時(shí)之后，功率轉(zhuǎn)換效率只剩下60%，為55天與7天的巨大差距。

顯然咖啡因不僅能讓人們提神，也可以幫助鈣鈦礦太陽(yáng)能“醒腦”，Yang Yang表示，咖啡因產(chǎn)生的特殊化學(xué)效果將有助于加速鈣鈦礦太陽(yáng)能的商業(yè)化進(jìn)展，而咖啡因也是他們發(fā)現(xiàn)第一個(gè)具有如此功效的化學(xué)分子，未來(lái)還會(huì)持續(xù)尋找類似效果的化合物。