咖啡因也可帮助太阳能“醒脑”，有望提高钙钛矿电池热稳定度

咖啡应用多，除了可利用咖啡渣拿来制作锂电池阴极，咖啡所含有的咖啡因也能助钙钛矿太阳能一臂之力。最近加州大学洛杉矶分校（UCLA）科学团队从“喝咖啡”获得灵感，研发出咖啡因─钙钛矿太阳能电池，有望进一步改善钙钛矿电池的热稳定度，并再度提高转换效率。

钙钛矿太阳能具有转换效率高与低成本优势，其转换效率已在短短 10 年内跃升至 24% 以上，只可惜该太阳能电池不耐光、水与热，难以跨越实验室门槛，而 UCLA 台湾教授杨阳的团队最近发现，咖啡因或许能解决钙钛矿电池热稳定度低的问题。

说来有趣，一切研究都是从“许多人都用喝杯咖啡来提神，那钙钛矿太阳能是否也可以喝咖啡来醒脑？”这种仿佛研究到心累的玩笑开始，但他们又想到咖啡因的沸点约在 300°C 左右，远高于太阳能电池的工作温度，确实可以试一试。

过去研究通常是用二甲基亚砜等化合物来强化钙钛矿层的热稳定度，从来没有尝试采用咖啡因，但团队研究发现，咖啡因是种生物碱化合物，可以跟钙钛矿材料的前体相互作用，进而形成钙钛矿电池的光吸收层。

因此团队开始进行测试，在 40 个钙钛矿太阳能电池中添入咖啡因后，运用红外线辐射来观察咖啡因跟钙钛矿层的化学接合状况，最后发现咖啡因中的羰基会跟钙钛矿层的铅离子相互反应，形成暨稳定与强大的接合状态“分子锁”（molecular lock）。

这种反应有利于钙钛矿太阳能运作，将太阳能转换效率从 17% 提高到超过 20% 之余，也能提升太阳能的热稳定度。团队指出，咖啡因效果出乎意料得好，团队在首次加入咖啡因后，就发现钙钛矿太阳能转换效率已快达到过去研究的最高点。

目前团队也有研制出咖啡因钙钛矿太阳能原型，他们在二甲基甲酰胺、甲基碘化铵和碘化铅溶液中添入咖啡因之后，再以氧化铟锡玻璃为基板，打造出独一无二的咖啡因钙钛矿薄膜，最后再将之整合进太阳能电池中。

为了测试其耐热性，UCLA 团队把咖啡因钙钛矿太阳能电池放在 85°C 的环境中，结果显示，咖啡因钙钛矿电池热稳定度相当不错，维持长达 1,300 小时，功率转换效率亦可达 86%。相较之下，传统钙钛矿太阳能电池在 175 小时之后，功率转换效率只剩下 60%，为 55 天与 7 天的巨大差距。

显然咖啡因不只能让人们提神，也可以帮助钙钛矿太阳能“醒脑”，杨阳表示，咖啡因产生的特殊化学效果将有助于加速钙钛矿太阳能的商业化进展，而咖啡因也是他们发现第一个具有如此功效的化学分子，未来还会持续寻找类似效果的化合物。

目前研究已发表在《Joule》。

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