【大纪元2019年05月02日讯】由加州大学洛杉矶分校（UCLA）材料科学工程学系教授杨阳（Yang Yang）领导的研究团队发现，咖啡因可以有效提升钙钛矿太阳能电池（perovskite solar cells）材料的热稳定性；此项最新研究成果，4月25日发表于国际著名科学期刊《焦耳》（Joule）。
钙钛矿太阳能电池或取代传统电池
来自台湾，目前是UCLA加州奈米系统研究中心（California NanoSystems Institute， CNSI）主要研究学者的杨阳指出，钙钛矿太阳能电池技术被视为未来有极大机会取代传统硅晶太阳能电池，而咖啡或茶叶中含有的化学分子会与铅形成键结，如此有趣的化学作用，则有利于钙钛矿太阳能电池运行。
他说，在过去几年，钙钛矿太阳能电池被视为太阳能产业的明日之星，主要原因为其高光电转换效率与低制造成本，并且其效率就已经非常接近硅晶电池。然而，至今钙钛矿电池没有实际商用化，其中一个主要因素为不良的热稳定性。杨阳表示，虽然钙钛矿电池具有极大潜力，但其材料会随时间增长而更加不稳定。若要取代传统硅晶电池，钙钛矿电池需要展现长久的稳定时间，至少20年以上的寿命。
对于“钙钛矿电池”的取名，杨阳解释，并不是因为电池中含有钙钛矿，真正原因是其具有和“钙钛矿相似的晶体结构”，它们是由低成本的甲基胺、铅跟碘组成的薄膜，使钙钛矿电池具有极高的光电转换效率。
喝咖啡竟成为科学进展的灵感
杨阳说，将咖啡因用来提高钙钛矿电池稳定性的灵感，来自于UCLA研究生王睿（Rui Wang）。他在2018年3月的某一天和同事薛晶晶（Jingjing Xue）一起喝咖啡突然灵机一动：“咖啡因的沸点大约在摄氏300度，是远高于太阳能电池正常的工作温度，这个想法值得一试。”
为了测试，研究团队特别制作了由咖啡因、碘化铅、甲基碘化胺，以及二甲基甲酰胺组成的溶液，涂布在导电玻璃上，进而形成黑色的钙钛矿薄膜，然后放在摄氏85度的加热台上接受考验。两个月后，研究人员发现，加入咖啡因的钙钛矿电池能保持其热稳定性长达1300个小时（大约55天），同时保有86%的初始转换效率。而无咖啡因的钙钛矿电池，在同样的测试条件下，175个小时之后（大约七天），发现其转换效率只剩下原本的60%。
研究团队还利用电子显微镜分析钙钛矿薄膜的晶体结构，结果发现咖啡因与碘离子之间有高强度的交互作用——称之为“分子锁（molecular lock）”。薛晶晶解释：“部分咖啡因分子会与铅离子形成强键结，帮助稳定钙钛矿晶体，同时也能使晶体成长速度慢下来，让晶体能更整齐的排列着，如此一来便有助于电子传输（electric charge transfer）。”
因此，藉由理解咖啡因分子产生的分子锁效应，研究人员可以进一步探索其它化学分子是否具有相似功能，能帮助钙钛矿太阳能电池的热稳定性。杨阳说，分子锁的概念或许可以帮助使钙钛矿电池更进一步商用化。
杨阳教授团队近期的研究成果，还包含研发双层太阳能电池（dual-layer solar cell），可提供比其它传统的太阳能电池更高的电力。◇
责任编辑：李欣
