【大紀元2019年05月02日訊】由加州大學洛杉磯分校（UCLA）材料科學工程學系教授楊陽（Yang Yang）領導的研究團隊發現，咖啡因可以有效提升鈣鈦礦太陽能電池（perovskite solar cells）材料的熱穩定性；此項最新研究成果，4月25日發表於國際著名科學期刊《焦耳》（Joule）。
鈣鈦礦太陽能電池或取代傳統電池
來自臺灣，目前是UCLA加州奈米系統研究中心（California NanoSystems Institute， CNSI）主要研究學者的楊陽指出，鈣鈦礦太陽能電池技術被視為未來有極大機會取代傳統矽晶太陽能電池，而咖啡或茶葉中含有的化學分子會與鉛形成鍵結，如此有趣的化學作用，則有利於鈣鈦礦太陽能電池運行。
他說，在過去幾年，鈣鈦礦太陽能電池被視為太陽能產業的明日之星，主要原因為其高光電轉換效率與低製造成本，並且其效率就已經非常接近矽晶電池。然而，至今鈣鈦礦電池沒有實際商用化，其中一個主要因素為不良的熱穩定性。楊陽表示，雖然鈣鈦礦電池具有極大潛力，但其材料會隨時間增長而更加不穩定。若要取代傳統矽晶電池，鈣鈦礦電池需要展現長久的穩定時間，至少20年以上的壽命。
對於「鈣鈦礦電池」的取名，楊陽解釋，並不是因為電池中含有鈣鈦礦，真正原因是其具有和「鈣鈦礦相似的晶體結構」，它們是由低成本的甲基胺、鉛跟碘組成的薄膜，使鈣鈦礦電池具有極高的光電轉換效率。
喝咖啡竟成為科學進展的靈感
楊陽說，將咖啡因用來提高鈣鈦礦電池穩定性的靈感，來自於UCLA研究生王睿（Rui Wang）。他在2018年3月的某一天和同事薛晶晶（Jingjing Xue）一起喝咖啡突然靈機一動：「咖啡因的沸點大約在攝氏300度，是遠高於太陽能電池正常的工作溫度，這個想法值得一試。」
為了測試，研究團隊特別製作了由咖啡因、碘化鉛、甲基碘化胺，以及二甲基甲醯胺組成的溶液，塗布在導電玻璃上，進而形成黑色的鈣鈦礦薄膜，然後放在攝氏85度的加熱臺上接受考驗。兩個月後，研究人員發現，加入咖啡因的鈣鈦礦電池能保持其熱穩定性長達1300個小時（大約55天），同時保有86%的初始轉換效率。而無咖啡因的鈣鈦礦電池，在同樣的測試條件下，175個小時之後（大約七天），發現其轉換效率只剩下原本的60%。
研究團隊還利用電子顯微鏡分析鈣鈦礦薄膜的晶體結構，結果發現咖啡因與碘離子之間有高強度的交互作用——稱之為「分子鎖（molecular lock）」。薛晶晶解釋：「部分咖啡因分子會與鉛離子形成強鍵結，幫助穩定鈣鈦礦晶體，同時也能使晶體成長速度慢下來，讓晶體能更整齊的排列著，如此一來便有助於電子傳輸（electric charge transfer）。」
因此，藉由理解咖啡因分子產生的分子鎖效應，研究人員可以進一步探索其它化學分子是否具有相似功能，能幫助鈣鈦礦太陽能電池的熱穩定性。楊陽說，分子鎖的概念或許可以幫助使鈣鈦礦電池更進一步商用化。
楊陽教授團隊近期的研究成果，還包含研發雙層太陽能電池（dual-layer solar cell），可提供比其它傳統的太陽能電池更高的電力。◇
責任編輯：李欣
