دانشمندان در تازه ترین دستاورد خود موفق شدند با افزودن کافئین به ماده جذب کننده نور خورشید در سلول های خورشیدی، کارایی این سلول ها را افزایش دهند.
محققان دانشگاه کالیفرنیا و سولارگیگا انرژی در چین توانستند به این نتیجه برسند که کافئین سبب افزایش کارایی تبدیل نور به الکتریسیته در سلول های خورشیدی می گردد.
نتایج آزمایشات این گروه که در مجله معتبر Joule چاپ شده، ممکن است این تکنولوژی انرژی تجدیدپذیر مقرون به صرفه را قادر سازد تا در بازار با سلول های خورشیدی سیلیکونی رقابت کند.
ایده استفاده از کافئین در سلول های خورشیدی از یک لطیفه خنده دار درباره قهوه صبحانه آغاز شد. یکی از دانشجویان این پروژه، «جینگ جیانگ» مطرح می کند:
«وقتی یکی از روزها داشتیم درباره سلول های خورشیدی پروسکایتی صحبت می کردیم، رویی وانگ، یکی از استادان ما گفت:
«اگر برای افزایش انرژی به قهوه احتیاج داریم، پس پروسکایت چه؟» آیا آن هم برای عملکرد بهتر به قهوه نیاز دارد؟»
این نظر بی مقدمه باعث شدن تیم به یاد بیاورد که کافئین موجود در قهوه، ترکیبی آلکالوئیدی دارد که ساختارهای مولکولی را در بر می گیرد. این ساختار می تواند با پیش سازهای مواد پروسکایتی تعامل ایجاد کند؛ ترکیباتی با ساختار بلوری خاص که لایه گیرنده نور را در گروهی از سلول های خورشیدی تشکیل می دهند.»
نتایج گذشته پژوهشگران برای افزایش پایداری حرارتی این سلول های خورشیدی شامل تقویت لایه پروسکایتی با وارد کردن ترکیباتی نظیر دی متیل سولفواکسید بوده است. محققان برای تقویت کارایی سلول ها و پایداری بلند مدت آنها تلاش کرده بودند؛ اما کسی در این زمینه کافئین را در نظر نگرفته بود.
در این زمان محققان که تصور کردند شاید در مسیر کشف چیزی قرار گرفته باشند، قهوه های خود را کنار گذاشتند و بررسی بیشتر را آغاز کردند.
افزایش بازده سلول های خورشیدی با کافئین
آنها کافئین را به لایه پروسکایتی ۴۰ سلول خورشیدی اضافه کردند و از طیف سنجی مادون قرمز که از اشعه مادون قرمز برای شناسایی ترکیبات شیمیایی استفاده می‌ک ند، برای تعیین این موضوع استفاده کردند که کافئین به طور موفقیت آمیزی با مواد پیوند خورده است یا نه.
آنها با انجام آزمایش های طیف سنجی مادون قرمز بیشتر مشاهده کردند گروه های کربونیل در کافئین با یون های سرب موجود در لایه ارتباط برقرار کرده و قفل مولکولی تشکیل داده است. این تعامل موجب افزایش حداقل مقدار انرژی مورد نیاز برای واکنش لایه پروسکایت و افزایش کارایی سلول خورشیدی از ۱۷درصد به بیش از ۲۰درصد شد.
در حالی‌که به نظر می رسد کافئین به طور چشمگیری موجب بهبود عملکرد در سلول هایی می‌شود که در آنها از پروسکایت برای جذب نور خورشید استفاده می شود، پژوهشگران معتقدند این روش برای دیگر انواع سلول های خورشیدی مفید نیست.
کافئین به‌‌دلیل ساختار مولکولی منحصر به فردش فقط می تواند با پیشسازهای پروسکایت تعامل برقرار کند؛ موضوعی که ممکن است موجب شود این نوع از سلول های خورشیدی در بازار تاحدودی از دیگر نمونه‌ها پیش بیفتند.
به‌طور کلی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی ارزان تر است و در مقایسه با همتاهای سیلیکونی خود قابلیت انعطاف بیشتری دارند. علاوه بر این، تولید آنها نیز ساده تر است. سلول های پروسکایتی را می توان از پیشسازهای محلول تولید کرد. وانگ معتقد است با انجام پژوهش های بیشتر کافئین ممکن است بتواند به تولید در مقیاس وسیع سلول های خورشیدی پروسکایتی کمک کند.
پژوهشگران در ادامه کار قصد دارند برای تقویت بیشتر سلول های خورشیدی، ساختار شیمیایی مواد پروسکایتی را بررسی کنند که کافئین با آنها ادغام شده و بهترین مواد محافظ را برای پروسکایت شناسایی کنند.
ا