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咖啡因提升太陽能電池的效率

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科技產業資訊室 - 周媛韻 發表於 2019年5月10日

圖、咖啡因提升太陽能電池的效率

加州大學洛杉磯分校及中國陽光能源控股有限公司的研究人員,發現咖啡因可以幫助傳統太陽能電池從光轉換到電能的效率提升,成為新一代的替代品。該研究發表在Joule期刊上,這項具有成本效益的再生能源技術有望與市場上矽晶太陽能電池競爭。
 
這個概念是加州大學洛杉磯分校材料科學與工程系的研究人員突發奇想出來的,他們想了解每天早上飲用的咖啡能促進人類的效能,是否也能促進鈣鈦礦的效能。咖啡中的咖啡因是一種含分子結構的生物鹼化合物,其能與鈣鈦礦材料的前導形成太陽能電池採集光層的具有獨特晶體結構的化合物相互作用。過去是透過引入二甲基亞碸(dimethyl sulfoxide)等化合物來強化鈣鈦礦層以提高太陽能電池的熱穩定,研究人員在這期間一直努力於加強電池效能及長期的穩定性。
 
因為發現了咖啡因的特徵,研究團隊因此在40個太陽能電池的鈣鈦礦層中添加了咖啡因,並利用紅外線光譜來確認咖啡因是否與太陽能電池中的材料成功結合。研究人員進行了一系列紅外光譜的測試後,發現咖啡因中的羰基(carbonyl groups)與鈣鈦礦層中的鉛離子相互作用並形成了“分子鎖”。這使太陽能電池效率由17%提升至20%以上。當這些材料被加熱的時候,分子鎖就會持續發生,以幫助預防熱量擊破材料層。
 
雖然咖啡因似乎能顯著的改善鈣鈦礦電池吸收太陽能的效率,但研究人員並不認為它能在其他材料的太陽能電池上發揮相同的作用。咖啡因獨特的分子結構只允許其與鈣鈦礦前導的相互作用,可能使這類太陽能電池成為市場上的優勢,具有比矽晶電池更便宜、更靈活且更容易製造的優點。此外,咖啡因能幫助鈣鈦礦達到高結晶度、低缺陷及良好的穩定性,這項新研究的發現可能促進鈣鈦礦電池的大規模生產。
 
為了繼續提高太陽能電池的效率及穩定性,接下來研究團隊將進一步研究咖啡因結合鈣鈦礦材料的化學結構及鈣鈦礦最佳的保護材料。(726字;圖1)


參考資料:
Caffeine gives solar cells an energy boost. TechXplore,2019/4/25
Caffeine Improves the Performance and Thermal Stability of Perovskite Solar Cells. Joule,2019/4/25


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