Кофеин повысил эффективность солнечных батарей
Исследователи из Калифорнийского университета Лос-Анджелеса (UCLA) и китайской компании Solargiga Energy выяснили, что кофеин поможет в создании альтернативных солнечных батарей, эффективнее преобразующих свет в электричество.
По мнению специалистов, экономически эффективная система сможет конкурировать на рынке с кремниевыми установками, сообщает sciencedaily.com. Выводы исследования опубликованы в журнале Joule. Работа началась с шутки.
«Обсуждая перовскитные солнечные батареи, наш коллега, Руи Ван, сказал: ‘Если нам нужен кофе для зарядки энергии, что насчет этого материала? Не поможет ли напиток и перовскитам?’» – вспоминает докторант Цзинцзин Сюэ, член команды профессора Яна Яна, UCLA.
Комментарий заставил специалистов задуматься о ключевом компоненте напитка. Кофеин – алкалоид, содержащий молекулярные структуры, способные взаимодействовать с прекурсорами перовскитов. Прошлые попытки повысить эффективность таких солнечных батарей включали использование диметилсульфоксида. Но он не помогал улучшить КПД и долгосрочную стабильность перовскитного слоя. Кофеин ранее никто не проверял.
Команда решила заполнить пробел. Ученые добавили кофеин в перовскитный слой коллектора за 40 долл. и использовали инфракрасную спектроскопию, чтобы определить его успешное присоединение к материалу. Дальнейшие тесты показали, что кофейные карбонильные группы взаимодействуют с ионами свинца, создавая «молекулярный замок». В результате увеличивается минимальное количество энергии, необходимое перовскитной пленке для реагирования – КПД батареи поднялось с 17% до почти 20%. олекулярный замок продолжал появляться при нагреве материала, помогая предотвратить разрушение слоя.
«Результаты нас удивили, — сказал Ван. – При первых попытках добавить кофеин, наши установки достигли почти максимальной эффективности, полученной на бумаге».
Авторы предполагают, что другим солнечным батареям такая модификация не поможет. Уникальная молекулярная структура кофеина позволяет ему взаимодействовать только с прекурсорами перовскита. Это дает системам дополнительное преимущество на рынке. Батареи уже превосходят кремниевые аналоги по дешевизне, гибкости и простоте изготовления. Дальнейшие исследования позволят использовать кофеин в крупномасштабном производстве перовскитных коллекторов.
«Добавка поможет добиться высокой кристалличности, стабильности и снижения количества дефектов», — сказал Ван.
Авторы планируют продолжить изучать химическую структуру перовскитов с кофеином, чтобы выбрать для них лучшие защитные материалы.
