Cientistas da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA) e Solargiga Energy na China descobriram que a cafeína pode ajudar a tornar uma alternativa promissora às células solares tradicionais mais eficiente na conversão de luz em eletricidade. Sua pesquisa, publicado em 25 de abril na revista Joule , pode permitir que esta tecnologia de energia renovável econômica para competir no mercado com células solares de silício.

A ideia começou como uma piada durante o café da manhã. "Um dia, enquanto discutíamos células solares de perovskita, nosso colega Rui Wang disse, “Se precisamos de café para aumentar nossa energia, que tal os perovskitas? Eles precisariam de café para um melhor desempenho? '", Lembra Jingjing Xue, um Ph.D. candidato no grupo de pesquisa do Professor Yang Yang no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da UCLA.

O comentário improvisado levou a equipe a lembrar que a cafeína do café é um composto alcalóide contendo estruturas moleculares que podem interagir com os precursores dos materiais perovskita - compostos com uma estrutura cristalina particular que forma a camada de coleta de luz em uma classe de células solares. Tentativas anteriores de melhorar a estabilidade térmica dessas células solares incluíram o aumento da camada de perovskita pela introdução de compostos como dimetilsulfóxido, mas os pesquisadores têm lutado para aumentar a eficiência e estabilidade das células a longo prazo. Ninguém havia experimentado cafeína.

Percebendo que eles podem estar em algo, a equipe deixou o café de lado e começou a investigar mais. Eles adicionaram cafeína à camada de perovskita de quarenta células solares e usaram espectroscopia infravermelha (que usa radiação infravermelha para identificar compostos químicos) para determinar se a cafeína havia se unido com sucesso ao material.

Conduzindo mais testes de espectroscopia infravermelha, eles observaram que os grupos carbonila (um átomo de carbono duplamente ligado a um oxigênio) na cafeína interagiam com os íons de chumbo na camada para criar um "bloqueio molecular". Essa interação aumentou a quantidade mínima de energia necessária para o filme de perovskita reagir, aumentando a eficiência da célula solar de 17 por cento para mais de 20 por cento. O bloqueio molecular continuou a ocorrer quando o material foi aquecido, o que pode ajudar a evitar que o calor destrua a camada.

“Ficamos surpresos com os resultados, "diz Wang, que também é Ph.D. candidato no grupo de pesquisa de Yang na UCLA. "Durante nossa primeira tentativa de incorporar cafeína, nossas células solares de perovskita já alcançaram quase a maior eficiência que alcançamos no papel. "

Mas, embora a cafeína pareça melhorar significativamente o desempenho das células que utilizam a perovskita para absorver a luz solar, os pesquisadores não acham que será útil para outros tipos de células solares. A estrutura molecular única da cafeína apenas permite que ela interaja com os precursores da perovskita, o que pode dar a esta variedade de células solares uma vantagem no mercado. As células solares de perovskita já têm a vantagem de serem mais baratas e flexíveis do que suas contrapartes de silício. Eles também são mais fáceis de fabricar - células de perovskita podem ser fabricadas a partir de precursores baseados em solução, em vez de lingotes de cristal sólido. Com mais pesquisas, Wang acredita que a cafeína pode facilitar a produção em grande escala de células solares de perovskita.

"A cafeína pode ajudar a perovskita a atingir alta cristalinidade, defeitos baixos, e boa estabilidade, "ele diz." Isso significa que pode potencialmente desempenhar um papel na produção escalável de células solares de perovskita. "

Para continuar melhorando a eficiência e estabilidade das células solares, a próxima equipe planeja investigar mais a estrutura química do material perovskita com incorporação de cafeína e identificar os melhores materiais de proteção para perovskita.