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新发现:咖啡因可以为太阳能电池提供能量

据外媒报道,科学家发现,咖啡因可以让传统太阳能电池更加有效地将光转化为电能,是一种很有前途的替代品。

据加州大学洛杉矶分校(UCLA)和中国太阳能公司 Solargiga Energy的研究人员介绍,这是从他们早上喝咖啡时开的一个玩笑开始的。“有一天,我们正在讨论钙钛矿太阳能电池,同事说,既然我们需要喝咖啡补充能量,那么钙钛矿呢?他们需不需要来点咖啡呢?”

研究小组因此回想起,咖啡中的咖啡因是一种生物碱化合物,含有可与钙钛矿材料的前体相互作用的分子结构。这种化合物具有特别的晶体结构,可在该类太阳能电池中形成捕光层。以前,为了提高这些太阳能电池的热稳定性,研究人员曾尝试过通过引入二甲基亚砜等化合物,来增强钙钛矿层,但一直难以提高电池的效率和长期稳定性。没有人尝试过咖啡因。研究小组意识到,他们的想法可能有些道理,开始做进一步研究。

他们在40个太阳能电池的钙钛矿层中加入咖啡因,并使用红外光谱,通过红外辐射识别化合物,来确定咖啡因是否成功地与这些物质结合。经过进一步的红外光谱测试,他们发现,咖啡因中的羰基与铅离子相互作用,形成“分子锁”。分子锁增加薄膜结晶过程中的活化能,提供具有优先取向的钙钛矿薄膜,改善电子性能,减少离子迁移,使太阳能电池的效率从17%提高到20%以上。材料加热时,继续产生分子锁,有助于防止热量产生破坏,大大提高电池的性能和热稳定性。

咖啡因独特的分子结构只允许它与钙钛矿前体相互作用,因此这种太阳能电池在市场上可能更具优势。比起硅电池,钙钛矿太阳能电池更加便宜、更加灵活。而且更容易生产,钙钛矿电池可用基于溶液的前体制造,而不是固体晶体锭。研究人员认为,咖啡因可能会推动钙钛矿太阳能电池的大规模量产。

作者:Elisha

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