Кофеин дает заряд энергии не только людям, но и солнечным элементам

Ученые из Америки и Китая обнаружили, что кофеин может помочь сделать многообещающую альтернативу традиционным солнечным элементам более эффективной, преобразуя свет в электричество.

1983 0 0

отправить по e-mail

Кофеин дает заряд энергии не только людям, но и солнечным элементам

Их исследование, опубликованное в журнале Joule, может позволить этой рентабельной технологии использования возобновляемых источников энергии конкурировать на рынке с кремниевыми солнечными элементами.

Идея началась как шутка над утренним кофе. «Однажды, когда мы обсуждали солнечные элементы на основе перовскита, наш коллега Руи Ван сказал: «Если нам нужен кофе для повышения нашей энергии, то как насчет перовскитов? Нужен ли им кофе, чтобы работать лучше?», – вспоминает доктор Цзинцзин Сюэ.

Перовскит — сравнительно редкий для поверхности Земли минерал, титанат кальция.

Необдуманный комментарий побудил команду вспомнить, что кофеин является алкалоидным соединением, содержащим молекулярные структуры, которые могут взаимодействовать с предшественниками перовскитных материалов – соединения с определенной кристаллической структурой, которые образуют светоизлучающий слой в классе солнечных элементов. Предыдущие попытки улучшить термостабильность этих солнечных элементов включали усиление перовскитного слоя путем введения таких соединений, как диметилсульфоксид, но исследователи изо всех сил пытались повысить эффективность клеток и долгосрочную стабильность. Но никто не пробовал кофеин.

Команда отложила кофе и начала исследование. Они добавили кофеин в слой перовскита из сорока солнечных элементов и использовали инфракрасную спектроскопию, чтобы определить, что кофеин успешно связался с материалом.

Проводя дальнейшие тесты, они обнаружили, что карбонильные группы (атом углерода, связанный двойной связью с кислородом) в кофеине взаимодействует с ионами свинца в слое, создавая «молекулярный замок». Это взаимодействие увеличило минимальное количество энергии, необходимое для реакции пленки перовскита, повысив эффективность солнечного элемента с 17 до более 20 %. Молекулярная блокировка продолжала происходить, когда материал нагревался, что могло помочь предотвратить разрушение тепла слоем.

Но хотя кофеин, по-видимому, значительно улучшает эффективность клеток, которые используют перовскит для поглощения солнечного света, исследователи не думают, что он будет полезен для других типов солнечных батарей. Уникальная молекулярная структура кофеина позволяет ему взаимодействовать только с предшественниками перовскита, что может дать этому сорту солнечных батарей преимущество на рынке. Солнечные элементы на основе перовскита уже дешевле и более гибки, чем их кремниевые аналоги. Они также проще в изготовлении – перовскитные ячейки могут быть изготовлены из прекурсоров на основе раствора, в отличие от слитков из твердого кристалла. В результате дальнейших исследований Ван считает, что кофеин может способствовать крупномасштабному производству перовскитных солнечных элементов.
Чтобы продолжить повышать эффективность и стабильность солнечных элементов, команда планирует дальнейшее исследование химической структуры материала, содержащего кофеин и перовскита, и определение лучших защитных материалов для перовскитов.

Фото: Rui Wang and Jingjing Xue

Наш журнал ММ Поддержать ММ

Технологии

Полина Агеева

Машины и Механизмы