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(shí)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(yáng)教授研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，咖啡因也能讓鈣鈦礦太陽(yáng)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(lái)源：Joule

最近，北京大學(xué)周歡萍教授團(tuán)隊(duì)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(lái)降低鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的不穩(wěn)定性和降解性，開(kāi)發(fā)出一種基于鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池，其轉(zhuǎn)換效率為21.46%，據(jù)說(shuō)這種太陽(yáng)能電池在經(jīng)歷了1000小時(shí)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(guò)程中，通過(guò)在鈣鈦礦層中添加氟化鈉，可以使電池獲得更長(zhǎng)的壽命。“借助第一原理性、密度泛函理論計(jì)算，我們認(rèn)為，通過(guò)與周?chē)U離子和有機(jī)陽(yáng)離子的特殊化學(xué)鍵，氟離子抑制了鹵化物陰離子和有機(jī)陽(yáng)離子之間空隙的生成，"他們?cè)谘芯空撐闹薪忉尅?/p>

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池工作原理

科學(xué)家們說(shuō),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?chē)纬杀Ｗo(hù)層,防止有害缺陷的擴(kuò)散。

鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)

盡管如此，目前鈣鈦礦太陽(yáng)能電池離商業(yè)化任然很遠(yuǎn)。

與其他鹵素相比,氟離子較小的尺寸和高電負(fù)性被認(rèn)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(shuō)，鈣鈦礦晶體可能還需要五到十年的時(shí)間才能達(dá)到商業(yè)生產(chǎn)。計(jì)算能量研究中心的研究員ShuxiaTao說(shuō)：“對(duì)于為什么有些材料在提高這些晶體單元的長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面比其他材料更有效,我們?nèi)匀粵](méi)有所有的答案。”

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(guó)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(gè)團(tuán)隊(duì)也進(jìn)行了類(lèi)似的研究。

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