咖啡因可增强太阳能电池的能量

电子设备必须在85°C下运行并持续1000小时，才能通过标准加速寿命试验。咖啡最好是在85°C的温度下饮用——这是一个事实，这正是快速成长的85°C面包连锁店的名字。这只是一个毫无意义的巧合吗？洛杉矶加利福尼亚大学的光伏研究人员可不这么认为。对他们来说，85度是隐藏在眼前的线索。

加州大学洛杉矶分校Yang Yang教授领导的实验室里挤满了喝咖啡的人，他们花了几年的时间寻找一种稳定性增强添加剂，从咖啡中找到了提升钙钛矿太阳能电池效率的方法。一天早上，Yang Yang研究组里的两个博士生，边喝咖啡边讨论钙钛矿研究。Rui Wang说：“我们人需要咖啡来提神，那么钙钛矿呢？也许它们也需要咖啡才能表现得更好？”

近年来，钙钛矿太阳能电池产业开始崛起，因为单晶硅与多晶硅的太阳能电池在提炼过程中需要消耗大量的电力，制造成本较高，而钙钛矿太阳能具有与单晶硅接近的光电转换效率、但其制备工艺相对简单，成本也较为低廉，所以钙钛矿太阳能电池受到了全球学术界和产业界的广泛关注，发展迅速。

该研究成果由位于香港的Salaiga能源控股公司和两所中国大学共同完成，于今日发表在能源研究杂志Joule上。

早些时候，Yang在IEEE Spectrum上解释了咖啡因如何提升钙钛矿太阳能电池效率的方法。咖啡因是一种常见的生物碱，它里面的未成对电子可以与钙钛矿材料中的铅离子相互作用。咖啡因分子上的羰基基团可以和钙钛矿的铅离子形成一个分子锁。这可以提高钙钛矿分解所需要的能量势垒，从而让钙钛矿稳定下来。同时，这样的分子锁可以降低钙钛矿晶体的成核速度，得到更高质量的钙钛矿多晶薄膜，且可以使钙钛矿的晶粒更具有取向性，从而提高载流子的传输效率，这就可以提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

这是一项重要的进展，这说明咖啡因可以帮助钙钛矿获得高结晶度、低缺陷和良好的稳定性。这也意味着它可能在钙钛矿太阳能电池的产业化中发挥巨大作用。不过，由于其作用机理是咖啡因与钙钛矿里的铅离子产生了相互作用，这一过程不适用于单晶硅太阳能电池。

目前团队也有研制出咖啡因钙钛矿太阳能原型，他们在二甲基甲酰胺、甲基碘化铵和碘化铅溶液中添入咖啡因之后，再以氧化铟锡玻璃为基板，打造出独一无二的咖啡因钙钛矿薄膜，最后再将之集成进太阳能电池中。

为了测试其耐热性，UCLA团队把咖啡因钙钛矿太阳能电池放在85°C的环境中，结果显示，咖啡因钙钛矿电池热稳定度相当不错，维持长达1,300小时，功率转换效率也可达86%。相较之下，传统钙钛矿太阳能电池在175小时之后，功率转换效率只剩下60%，为55天与7天的巨大差距。

显然咖啡因不仅能让人们提神，也可以帮助钙钛矿太阳能“醒脑”，Yang Yang表示，咖啡因产生的特殊化学效果将有助于加速钙钛矿太阳能的商业化进展，而咖啡因也是他们发现第一个具有如此功效的化学分子，未来还会持续寻找类似效果的化合物。