電子設(shè)備必須在85°C下運行并持續(xù)1000小時，才能通過標(biāo)準(zhǔn)加速壽命試驗?？Х茸詈檬窃?5°C的溫度下飲用——這是一個事實，這正是快速成長的85°C面包連鎖店的名字。這只是一個毫無意義的巧合嗎？洛杉磯加利福尼亞大學(xué)的光伏研究人員可不這么認(rèn)為。對他們來說，85度是隱藏在眼前的線索。

加州大學(xué)洛杉磯分校Yang Yang教授領(lǐng)導(dǎo)的實驗室里擠滿了喝咖啡的人，他們花了幾年的時間尋找一種穩(wěn)定性增強添加劑，從咖啡中找到了提升鈣鈦礦太陽能電池效率的方法。一天早上，Yang Yang研究組里的兩個博士生，邊喝咖啡邊討論鈣鈦礦研究。Rui Wang說：“我們?nèi)诵枰Х葋硖嵘瘢敲粹}鈦礦呢？也許它們也需要咖啡才能表現(xiàn)得更好？”

近年來，鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)開始崛起，因為單晶硅與多晶硅的太陽能電池在提煉過程中需要消耗大量的電力，制造成本較高，而鈣鈦礦太陽能具有與單晶硅接近的光電轉(zhuǎn)換效率、但其制備工藝相對簡單，成本也較為低廉，所以鈣鈦礦太陽能電池受到了全球?qū)W術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，發(fā)展迅速。

該研究成果由位于香港的Salaiga能源控股公司和兩所中國大學(xué)共同完成，于今日發(fā)表在能源研究雜志Joule上。

早些時候，Yang在IEEE Spectrum上解釋了咖啡因如何提升鈣鈦礦太陽能電池效率的方法?？Х纫蚴且环N常見的生物堿，它里面的未成對電子可以與鈣鈦礦材料中的鉛離子相互作用?？Х纫蚍肿由系聂驶鶊F(tuán)可以和鈣鈦礦的鉛離子形成一個分子鎖。這可以提高鈣鈦礦分解所需要的能量勢壘，從而讓鈣鈦礦穩(wěn)定下來。同時，這樣的分子鎖可以降低鈣鈦礦晶體的成核速度，得到更高質(zhì)量的鈣鈦礦多晶薄膜，且可以使鈣鈦礦的晶粒更具有取向性，從而提高載流子的傳輸效率，這就可以提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

這是一項重要的進(jìn)展，這說明咖啡因可以幫助鈣鈦礦獲得高結(jié)晶度、低缺陷和良好的穩(wěn)定性。這也意味著它可能在鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化中發(fā)揮巨大作用。不過，由于其作用機理是咖啡因與鈣鈦礦里的鉛離子產(chǎn)生了相互作用，這一過程不適用于單晶硅太陽能電池。

目前團(tuán)隊也有研制出咖啡因鈣鈦礦太陽能原型，他們在二甲基甲酰胺、甲基碘化銨和碘化鉛溶液中添入咖啡因之后，再以氧化銦錫玻璃為基板，打造出獨一無二的咖啡因鈣鈦礦薄膜，最后再將之集成進(jìn)太陽能電池中。

為了測試其耐熱性，UCLA團(tuán)隊把咖啡因鈣鈦礦太陽能電池放在85°C的環(huán)境中，結(jié)果顯示，咖啡因鈣鈦礦電池?zé)岱€(wěn)定度相當(dāng)不錯，維持長達(dá)1,300小時，功率轉(zhuǎn)換效率也可達(dá)86%。相較之下，傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽能電池在175小時之后，功率轉(zhuǎn)換效率只剩下60%，為55天與7天的巨大差距。

顯然咖啡因不僅能讓人們提神，也可以幫助鈣鈦礦太陽能“醒腦”，Yang Yang表示，咖啡因產(chǎn)生的特殊化學(xué)效果將有助于加速鈣鈦礦太陽能的商業(yè)化進(jìn)展，而咖啡因也是他們發(fā)現(xiàn)第一個具有如此功效的化學(xué)分子，未來還會持續(xù)尋找類似效果的化合物。