太阳能电池“喝咖啡”亦能“提神”

来自美国加州大学洛杉矶分校、中国苏州大学和吉林大学等单位的科学家发现咖啡因可以助力新型太阳能电池提高光电转换效率。该研究为这种低成本的可再生能源技术与传统硅太阳能电池技术进行市场竞争提供了可能。相关成果近日刊登于《焦耳》。这个想法的灵感来源于早晨喝咖啡时的玩笑。研究人员回忆，“有一天，当我们喝着咖啡讨论钙钛矿太阳能电池的相关研究时，同事开玩笑说：‘我们需要咖啡来提神，那钙钛矿呢？它是不是也需要喝咖啡才能更好地工作？’”

这个随口一提的想法让研究人员意识到咖啡因其实是一种生物碱，它的分子结构中存在可能和钙钛矿前驱材料相作用的单元。钙钛矿是一种具有特殊晶体结构的新型太阳能电池吸光材料。

于是，研究人员制备了40片混合了咖啡因的钙钛矿薄膜，并借助红外光谱证明了咖啡因和这种材料之间的相互作用。研究人员发现咖啡因中的羰基和钙钛矿层中的铅离子形成了一种“分子锁”。这种相互作用提高了钙钛矿形成时所需克服的能量势垒，把太阳能电池的效率从17%提升到了20%。而且，当材料被加热时，这个分子锁的作用依然存在，保护了材料不会因为受热而分解。

尽管咖啡因能帮助钙钛矿太阳能电池提升性能，但研究人员认为在其他类型的太阳能电池中，它并不能起到类似的作用。