太陽能電池“喝咖啡”也可“提神”

來自美國加州大學(xué)洛杉磯分校、中國蘇州大學(xué)和吉林大學(xué)等單位的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)咖啡因可以助力新型太陽能電池提高光電轉(zhuǎn)換效率。該研究為這種低成本的可再生能源技術(shù)與傳統(tǒng)硅太陽能電池技術(shù)進行市場競爭提供了可能。相關(guān)成果近日刊登于《焦耳》。 這個想法的靈感來源于早晨喝咖啡時的玩笑。研究人員回憶，“有一天，當(dāng)我們喝著咖啡討論鈣鈦礦太陽能電池的相關(guān)研究時，同事開玩笑說：‘我們需要咖啡來提神，那鈣鈦礦呢？它是不是也需要喝咖啡才能更好地工作？’”

這個隨口一提的想法讓研究人員意識到咖啡因其實是一種生物堿，它的分子結(jié)構(gòu)中存在可能和鈣鈦礦前驅(qū)材料相作用的單元。鈣鈦礦是一種具有特殊晶體結(jié)構(gòu)的新型太陽能電池吸光材料。

于是，研究人員制備了40片混合了咖啡因的鈣鈦礦薄膜，并借助紅外光譜證明了咖啡因和這種材料之間的相互作用。研究人員發(fā)現(xiàn)咖啡因中的羰基和鈣鈦礦層中的鉛離子形成了一種“分子鎖”。這種相互作用提高了鈣鈦礦形成時所需克服的能量勢壘，把太陽能電池的效率從17%提升到了20%。而且，當(dāng)材料被加熱時，這個分子鎖的作用依然存在，保護了材料不會因為受熱而分解。

盡管咖啡因能幫助鈣鈦礦太陽能電池提升性能，但研究人員認為在其他類型的太陽能電池中，它并不能起到類似的作用。