تقویت انرژی سلول های خورشیدی با کافئین

به گزارش پایگاه خبری تاسیسات نیوز، دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا و سولارگیگا انرژی در چین کشف کرده اند کافئین می‌تواند موجب افزایش کارایی تبدیل نور به الکتریسیته در سلول‌های خورشیدی شود. نتایج پژوهش آن‌ها که در مجله‌ای منتشر شد، ممکن است این تکنولوژی انرژی تجدیدپذیر مقرون به صرفه را قادر سازد تا در بازار با سلول‌های خورشیدی سیلیکونی رقابت کند.

این ایده با لطیفه‌ای خنده دار درباره‌ی قهوه‌ صبحانه آغاز شد. جینگ جیانگ یکی از دانشجویان به خاطر می‌آورد: یکی از روز‌ها وقتی داشتیم درباره سلول‌های خورشیدی پروسکایتی صحبت می‌کردیم، رویی وانگ، یکی از استادان ما گفت: «اگر برای افزایش انرژی به قهوه نیاز داریم، پس پروسکایت چه؟ آیا آن هم برای عملکرد بهتر به قهوه نیاز دارد؟» این نظر بی مقدمه موجب شد تیم به خاطر آورد که کافئین موجود در قهوه ترکیبی آلکالوئیدی است که ساختار‌های ملکولی دربر دارد که می‌تواند با پیش ساز‌های مواد پروسکایتی تعامل برقرار کند؛ ترکیباتی با ساختار بلوری خاص که لایه‌ گیرنده‌ نور را در گروهی از سلول‌های خورشیدی تشکیل می‌دهند.

تلاش‌های گذشته‌ پژوهشگران برای بهبود پایداری حرارتی این سلول‌های خورشیدی شامل تقویت لایه‌ پروسکایتی با واردکردن ترکیباتی نظیر دی متیل سولفواکسید بوده است. پژوهشگران برای تقویت کارایی سلول‌ها و پایداری بلند مدت آن‌ها تلاش کرده بودند؛ اما کسی دراین زمینه کافئین را درنظر نگرفته بود. در این هنگام، پژوهشگران که تصور کردند شاید در مسیر کشف چیزی قرار گرفته باشند، قهوه‌های خود را کنار گذاشتند و بررسی بیشتر را آغاز کردند.

آن‌ها کافئین را به لایه‌ی پروسکایتی ۴۰ سلول خورشیدی اضافه کردند و از طیف سنجی مادون قرمز که از اشعه‌ی مادون قرمز برای شناسایی ترکیبات شیمیایی استفاده می‌کند، برای تعیین این موضوع استفاده کردند که کافئین به طور موفقیت آمیزی با مواد پیوند خورده است یا نه. آن‌ها با انجام آزمایش‌های طیف سنجی مادون قرمز بیشتر مشاهده کردند گروه‌های کربونیل (کربن دارای پیوند مضاعف با اکسیژن) در کافئین با یون‌های سرب موجود در لایه ارتباط برقرار کرده و قفل ملکولی تشکیل داده است.

این تعامل موجب افزایش حداقل مقدار انرژی موردنیاز برای واکنش لایه‌ پروسکایت و افزایش کارایی سلول خورشیدی از ۱۷ درصد به بیش از ۲۰ درصد شد. حتی وقتی به این ماده حرارت داده شد، این قفل ملکولی همچنان وجود داشت که نشان می‌دهد این ماده می‌تواند مانع از شکستن لایه در اثر حرارت شود. وانگ می‌گوید: از این نتایج شگفت زده شدیم. حین نخستین تلاش برای واردکردن کافئین به این ساختار، سلول‌های خورشیدی پروسکایتی به بیشترین کارایی مشاهده شده در این مطالعه رسیدند.

سلول‌های خورشیدی حاوی کافئین نمونه‌های سلول خورشیدی که پژوهشگران آن‌ها را با استفاده از کافئین تقویت کرده اند.

درحالی که به نظر می‌رسد کافئین به طور چشمگیری موجب بهبود عملکرد در سلول‌هایی می‌شود که در آن‌ها از پروسکایت برای جذب نورخورشید استفاده می‌شود، پژوهشگران معتقدند این روش برای دیگر انواع سلول‌های خورشیدی مفید نیست. کافئین به دلیل ساختار ملکولی منحصر به فردش فقط می‌تواند با پیش ساز‌های پروسکایت تعامل برقرار کند؛ موضوعی که ممکن است موجب شود این نوع از سلول‌های خورشیدی در بازار تاحدودی از دیگر نمونه‌ها پیش بیفتند.

به طورکلی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی ارزان‌تر است و درمقایسه با همتا‌های سیلیکونی خود قابلیت انعطاف بیشتری دارند. علاوه بر این، تولید آن‌ها نیز ساده‌تر است. سلول‌های پروسکایتی را می‌توان از پیش ساز‌های محلول تولید کرد. وانگ معتقد است با انجام پژوهش‌های بیشتر کافئین ممکن است بتواند به تولید در مقیاس وسیع سلول‌های خورشیدی پروسکایتی کمک کند.

او می‌گوید: کافئین می‌تواند به پروسکایت کمک کند بلورینگی بیشتر و نقص‌های کمتر و نیز پایداری بیشتری داشته باشد. این بدان معنا است که این ماده می‌تواند به طوربالقوه نقشی در تولید وسیع سلول‌های خورشیدی پروسکایتی داشته باشند.
پژوهشگران در ادامه‌ کار قصد دارند برای تقویت بیشتر سلول‌های خورشیدی، ساختار شیمیایی مواد پروسکایتی را بررسی کنند که کافئین با آن‌ها ادغام شده و بهترین مواد محافظ را برای پروسکایت شناسایی کنند.