咖啡，作為一天工作提神的利器，漸漸已成為很多人生活中的必需品。咖啡能提神，主要依靠它的活性成分咖啡因——一種黃嘌呤生物堿化合物，化學(xué)名全稱為1,3,7-三甲基黃嘌呤。咖啡因是一種中樞神經(jīng)興奮劑，能夠暫時幫助人們驅(qū)走睡意保持清醒。有趣的是，咖啡因的功用還不止于此。加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）楊陽教授研究團隊發(fā)現(xiàn)，咖啡因也能讓鈣鈦礦太陽能電池“提神醒腦”，從而展現(xiàn)出更高的光電轉(zhuǎn)換效率和更好的穩(wěn)定性（Joule,2019，DOI:10.1016/j.joule.2019.04.005）。

圖1.（A）咖啡因的分子結(jié)構(gòu)，（B-C）咖啡因與鈣鈦礦的相互作用。圖片來源：Joule

最近，北京大學(xué)周歡萍教授團隊和荷蘭埃因霍溫技術(shù)大學(xué)迪弗能源研究所、特文特大學(xué)合作，正在尋求利用氟離子來降低鈣鈦礦太陽能電池的不穩(wěn)定性和降解性，開發(fā)出一種基于鈣鈦礦的太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率為21.46%，據(jù)說這種太陽能電池在經(jīng)歷了1000小時的極端光照和高溫后,仍然保持了90%的效率。相關(guān)成果以《Cationandanionimmobilizationthroughchemicalbondingenhancementwithfluoridesforstablehalideperovskitesolarcells》為題，發(fā)表在《NatureEnergy》雜志上。

研究人員稱，在電池制造過程中，通過在鈣鈦礦層中添加氟化鈉，可以使電池獲得更長的壽命?！敖柚谝辉硇?、密度泛函理論計算，我們認為，通過與周圍鉛離子和有機陽離子的特殊化學(xué)鍵，氟離子抑制了鹵化物陰離子和有機陽離子之間空隙的生成，"他們在研究論文中解釋。

鈣鈦礦太陽能電池工作原理

科學(xué)家們說,氟離子在鈣鈦礦晶體單元中的作用方式與其在牙膏中的行為相似,氟化物離子在晶體周圍形成保護層,防止有害缺陷的擴散。

鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)

盡管如此，目前鈣鈦礦太陽能電池離商業(yè)化任然很遠。

與其他鹵素相比,氟離子較小的尺寸和高電負性被認為是其有效改善鈣鈦礦晶體單元穩(wěn)定性的主要原因。

科學(xué)家們說，鈣鈦礦晶體可能還需要五到十年的時間才能達到商業(yè)生產(chǎn)。計算能量研究中心的研究員ShuxiaTao說：“對于為什么有些材料在提高這些晶體單元的長期穩(wěn)定性方面比其他材料更有效,我們?nèi)匀粵]有所有的答案?！?/p>

最近,加州大學(xué)圣地亞哥分校、加州大學(xué)洛杉磯分校和中國模塊制造商Solargiga以及荷蘭格羅寧根大學(xué)和北京大學(xué)的另一個團隊也進行了類似的研究。

盡管有前景的研究項目激增,但鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性、耐用性和成本對于商業(yè)化的技術(shù)可行性仍然存在問題。