咖啡因可将光能转换为电能的传统太阳能电池更加有效

2019-10-11 15:53:53

来自加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)和中国Solargiga能源公司的科学家发现,咖啡因可以帮助人们有效地替代传统太阳能电池,从而更有效地将光能转化为电能。他们的研究于4月25日发表在《焦耳》杂志上,可能使这种具有成本效益的可再生能源技术与硅太阳能电池在市场上竞争。

这个想法开始于开个早茶,然后开个玩笑。“有一天,当我们讨论钙钛矿太阳能电池时,我们的同事王睿(Rui Wang)说:'如果我们需要咖啡来增强能量,那钙钛矿又如何呢?它们需要咖啡来改善性能吗?'”加州大学洛杉矶分校材料科学与工程系的杨洋教授研究小组。

副手的评论使研究小组回想起咖啡中的咖啡因是一种生物碱化合物,其分子结构可能与钙钛矿材料的前体相互作用,这种化合物具有特定的晶体结构,可在一类太阳能电池中形成光收集层。 。先前改善这些太阳能电池热稳定性的尝试包括通过引入二甲基亚砜等化合物来增强钙钛矿层,但研究人员一直在努力提高太阳能电池的效率和长期稳定性。没有人尝试过咖啡因。

意识到他们可能会陷入困境,该团队搁置了咖啡,并开始进行进一步调查。他们将咖啡因添加到40个太阳能电池的钙钛矿层中,并使用红外光谱(使用红外辐射识别化合物)来确定咖啡因已成功与材料结合。

在进行进一步的红外光谱测试时,他们发现咖啡因中的羰基(碳原子与氧双键结合)与该层中的铅离子相互作用,从而形成“分子锁”。这种相互作用增加了钙钛矿薄膜反应所需的最小能量,从而将太阳能电池的效率从17%提高到20%以上。当材料被加热时,分子锁继续发生,这可以帮助防止热量破坏该层。

“我们对结果感到惊讶,”王说,他也是加州大学洛杉矶分校杨氏研究小组的博士候选人。“在我们第一次尝试加入咖啡因的过程中,我们的钙钛矿太阳能电池已经达到了本文所达到的几乎最高的效率。”

但是,尽管咖啡因似乎可以显着提高利用钙钛矿吸收阳光的电池的性能,但研究人员认为它对其他类型的太阳能电池没有帮助。咖啡因的独特分子结构只能使其与钙钛矿前体相互作用,这可能使这种太阳能电池品种在市场上占有优势。钙钛矿太阳能电池已经具有比硅同类产品更便宜,更灵活的优势。它们也更易于制造-钙钛矿电池可以由基于溶液的前驱体制造,而不是与固态晶体锭相对。通过进一步的研究,王认为咖啡因可能促进钙钛矿太阳能电池的大规模生产。

他说:“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。” “这意味着它可能在钙钛矿型太阳能电池的可扩展生产中发挥作用。”

为了继续提高太阳能电池的效率和稳定性,研究小组接下来计划进一步研究掺入咖啡因的钙钛矿材料的化学结构,并确定用于钙钛矿的最佳保护材料。

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