Кава заряджає навіть сонце, не тільки людину 
Вчені з Університету Каліфорнії, Лос-Анджелеса (UCLA) і Solargiga Energy в Китаї виявили, що кофеїн може допомогти зробити перспективну альтернативу традиційним сонячним елементам. Їх дослідження, опубліковані 25 квітня в журналі Joule, можуть дозволити цій економічно ефективній технології відновлюваної енергії конкурувати на ринку з кремнієвими сонячними елементами.
Ідея почалася як жарт над ранковою кавою. “Одного разу, коли ми обговорювали сонячні елементи перовскіту, наш колега Руй Ванг сказав: “Якщо нам потрібна кава, щоб збільшити нашу енергію, то що буде з перовскітами? Чи потрібна їм кава, щоб краще працювати?”, – згадує Jingjing Xue. Дослідницька група професора Ян Янга на кафедрі матеріалознавства і техніки в Лос-Анджелесі.
Негативний коментар примусив команду нагадати, що кофеїн у каві є алкалоїдною сполукою, що містить молекулярні структури, які можуть взаємодіяти з попередниками перовскітних матеріалів – сполук з певною кристалічною структурою, що утворюють світлоутримуючий шар у класі сонячних елементів .
Попередні спроби поліпшити термічну стабільність цих сонячних елементів включали підвищення шару перовскіту шляхом введення сполук, таких як диметилсульфоксид, але дослідники намагалися підвищити ефективність клітин і довгострокову стабільність. Ніхто не пробував кофеїн.
Розуміючи, що це може спрацювати, команда відклала каву і почала досліджувати далі. Вони додавали кофеїн до шару солі і використовували інфрачервону спектроскопію (яка використовує інфрачервоне випромінювання для визначення хімічних сполук), щоб визначити, що кофеїн успішно пов’язаний з матеріалом.
Проводячи подальші інфрачервоні спектроскопічні випробування, вони спостерігали, що карбонільні групи (атом вуглецю, подвійні зв’язки з киснем) в кофеїні взаємодіють з іонами свинцю в шарі, щоб створити “молекулярний замок”.
Ця взаємодія збільшила мінімальну кількість енергії, необхідної для реакції перовскітної плівки, підвищуючи ефективність сонячних елементів з 17% до більш ніж 20%. Молекулярний замок продовжував виникати при нагріванні матеріалу, що може запобігти розпаду тепла.
“Ми були здивовані результатами”, говорить Ван, який також є кандидатом у дослідницьку групу Ян в UCLA. “Під час нашої першої спроби додавання кофеїну, наші сонячні клітини перовскіту вже досягли майже найвищої ефективності, яку ми досягли”.
Але хоча кофеїн, як видається, значно підвищує продуктивність клітин, які використовують перовскіт для поглинання сонячного світла, дослідники не вважають, що це буде корисно для інших типів сонячних елементів.
Унікальна молекулярна структура кофеїну дозволяє їй взаємодіяти з перовскітними прекурсорами, що може дати цьому сорту сонячних батарей перевагу на ринку.
Перовскітні сонячні елементи вже мають ту перевагу, що вони дешевші і гнучкіші, ніж їхні кремнієві аналоги. Вони також легше у виробництві – перовскітові клітини можуть бути виготовлені з прекурсорів на основі розчину, на відміну від твердих кристалічних злитків.
З подальшими дослідженнями, Ван вважає, що кофеїн може сприяти широкомасштабному виробництву сонячних елементів перовскіту.
“Кофеїн може допомогти перовскіту досягти високої кристалічності, низьких дефектів і хорошої стабільності“, говорить він. “Це означає, що вона потенційно може грати роль у масштабному виробництві сонячних елементів перовскіту“.
Для того, щоб продовжувати підвищувати ефективність і стабільність сонячних батарей, команда планує подальше вивчення хімічної структури перовскітового матеріалу, включеного в кофеїн, і визначення найкращих захисних матеріалів для перовскітів.
За матеріалами видання Solar Daily
