Solarna energija postaje sve češći izvor energije, stoga se istražuju novi materijali koji će smanjiti troškove i povećati efikasnost u odnosu na silicij od kojega se danas izrađuju solarne ploče.
Znanstvenici sa Sveučilišta California, Los Angeles (UCLA) i Solargiga Energy u Kini otkrili su da kofein pomaže perovskitu u borbi s tradicionalnim solarnim ćelijama. Njihovo istraživanje, objavljeno 25. travnja 2019. u časopisu Joule, dokazuje da se ova troškovno učinkovitija tehnologija obnovljive energije može natjecati na tržištu sa silicijskim solarnim ćelijama.
Novi materijali
Jedan od tih materijala je perovskit, nov i još ne potpuno istražen materijal. Perovskit su kristali koji odlično apsorbiraju svjetlost i uskoro bi mogli postati ozbiljna konkurencija silicijskim solarnim pločama. No, ti se kristali lako rastapaju i ne podnose vlagu pa se još trebaju istraživati mogućnosti njegove uporabe i prilagodbe. Ako se prevladaju tehnički problemi, perovskit bi mogao biti materijal budućnosti jer je mnogo jeftiniji i učinkovitiji od silicija.
Ideja uz jutarnju kavu
Ideja je počela kao šala s jutarnje kave. Razgovarajući o perovskitskim solarnim ćelijama, znanstvenicima se otvorilo pitanje može li kava pojačati energiju perovskita isto kao što pojačava našu.
Ova je zafrkancija navela tim da se prisjeti da je kofein u kavi alkaloidni spoj koji sadrži molekularne strukture koje bi mogle stupiti u interakciju s prekursorima (kemijskim reaktantima) perovskitnih materijala. Prethodni pokušaji da se poboljša termička stabilnost ovih solarnih ćelija uključivali su nastojanja da se sloj perovskita poboljša uvođenjem spojeva kao što je dimetil sulfoksid i sl., ali nitko nije pokušao s kofeinom.
Shvativši da su možda na dobrom tragu, tim je počeo dalje istraživati. U perovskitni sloj četrdeset solarnih ćelija dodali su kofein. Koristeći infracrvenu spektroskopiju pokušali su utvrditi je li kofein uspješno povezan s materijalom.
Izvođenjem daljnjih infracrvenih spektroskopskih ispitivanja, zapazili su da karbonilne skupine (ugljikov atom dvostruko spojen s kisikom) u kofeinu djeluju s ionima olova u sloju da bi stvorili “molekularnu bravu”. Ova interakcija povećala je minimalnu količinu energije potrebne za reakciju perovskitnog filma, povećavajući učinkovitost solarnih ćelija sa 17 % na preko 20 %. Molekularna brava i dalje se pojavljivala kada se materijal zagrijavao, što je moglo spriječiti gubljenje topline kroz sloj.
Kofein i za solarne stanice
Znanstvenici su bili iznenađeni tako dobrim rezultatima. Naime, već nakon prvog pokušaja ugrađivanja kofeina, perovskitske solarne ćelije dostigle su gotovo najveću učinkovitost do tada.
Dok se čini da kofein značajno poboljšava učinkovitost stanica koje koriste perovskit za apsorpciju sunčeve svjetlosti, istraživači ne misle da će to biti korisno za druge vrste solarnih ćelija. edinstvena molekularna struktura kofeina dopušta samo interakciju s perovskitnim prekursorima, što ovom materijalu za solarne ćelije može dati prednost na tržištu. Perovskitske solarne ćelije već imaju prednost zbog niže cijene i veće fleksibilnosti. Također su jednostavnije za proizvodnju – perovskitne se stanice mogu proizvesti iz prekursora na bazi otopine, za razliku od čvrstih kristalnih ingota. Znanstvenici vjeruju da će daljnjim istraživanjima dokazati da kofein može olakšati proizvodnju perovskitnih solarnih ćelija.
Kako bi nastavili poboljšavati učinkovitost i stabilnost solarnih ćelija, tim planira dalje istražiti kemijsku strukturu perovskitnog materijala ugrađenog u kofein i identificirati najbolje zaštitne materijale za perovskite.
V.Đ.P.