Les cellules solaires que les chercheurs ont améliorées avec de la caféine. Crédit :Rui Wang et Jingjing Xue
Des scientifiques de l'Université de Californie, Los Angeles (UCLA) et Solargiga Energy en Chine ont découvert que la caféine peut contribuer à rendre une alternative prometteuse aux cellules solaires traditionnelles plus efficace pour convertir la lumière en électricité. Leurs recherches, publié le 25 avril dans la revue Joule , peut permettre à cette technologie d'énergie renouvelable rentable de concurrencer sur le marché les cellules solaires au silicium.
L'idée a commencé comme une blague autour d'un café du matin. "Un jour, alors que nous discutions des cellules solaires à pérovskite, notre collègue Rui Wang a dit, « Si nous avons besoin de café pour augmenter notre énergie, qu'en est-il des pérovskites ? Auraient-ils besoin de café pour mieux performer ? » se souvient Jingjing Xue, un doctorat candidat dans le groupe de recherche du professeur Yang Yang au Département de science et génie des matériaux de l'UCLA.
Le commentaire désinvolte a conduit l'équipe à rappeler que la caféine dans le café est un composé alcaloïde contenant des structures moléculaires qui pourraient interagir avec les précurseurs des matériaux pérovskites, composés avec une structure cristalline particulière qui forment la couche de récolte de lumière dans une classe de cellules solaires. Des tentatives antérieures pour améliorer la stabilité thermique de ces cellules solaires ont inclus l'amélioration de la couche de pérovskite en introduisant des composés tels que le diméthylsulfoxyde, mais les chercheurs ont lutté pour augmenter l'efficacité et la stabilité à long terme des cellules. Personne n'avait essayé la caféine.
Réalisant qu'ils pourraient être sur quelque chose, l'équipe a mis de côté son café et a commencé à enquêter davantage. Ils ont ajouté de la caféine à la couche de pérovskite de quarante cellules solaires et utilisé la spectroscopie infrarouge (qui utilise le rayonnement infrarouge pour identifier les composés chimiques) pour déterminer que la caféine s'était liée avec succès au matériau.
Les cellules solaires que les chercheurs ont améliorées avec de la caféine. Crédit :Rui Wang et Jingjing Xue
Réalisation d'autres tests de spectroscopie infrarouge, ils ont observé que les groupes carbonyle (un atome de carbone doublement lié à un oxygène) dans la caféine interagissaient avec les ions plomb dans la couche pour créer un « verrou moléculaire ». Cette interaction a augmenté la quantité minimale d'énergie requise pour que le film de pérovskite réagisse, augmentant l'efficacité des cellules solaires de 17 pour cent à plus de 20 pour cent. Le verrouillage moléculaire a continué à se produire lorsque le matériau a été chauffé, ce qui pourrait aider à empêcher la chaleur de décomposer la couche.
"Nous avons été surpris par les résultats, " dit Wang, qui est également docteur. candidat dans le groupe de recherche de Yang à l'UCLA. "Lors de notre premier essai d'incorporation de caféine, nos cellules solaires à pérovskite ont déjà atteint presque le rendement le plus élevé que nous ayons atteint dans le papier. »
Mais alors que la caféine semble améliorer considérablement les performances des cellules qui utilisent la pérovskite pour absorber la lumière du soleil, les chercheurs ne pensent pas qu'il sera utile pour d'autres types de cellules solaires. La structure moléculaire unique de la caféine ne lui permet d'interagir qu'avec les précurseurs de la pérovskite, ce qui peut donner à cette variété de cellules solaires un avantage sur le marché. Les cellules solaires à pérovskite ont déjà l'avantage d'être moins chères et plus flexibles que leurs homologues au silicium. Ils sont également plus faciles à fabriquer - les cellules de pérovskite peuvent être fabriquées à partir de précurseurs à base de solution par opposition aux lingots de cristal solide. Avec d'autres recherches, Wang pense que la caféine peut faciliter la production à grande échelle de cellules solaires à pérovskite.
"La caféine peut aider la pérovskite à atteindre une cristallinité élevée, faibles défauts, et une bonne stabilité, " dit-il. " Cela signifie qu'il peut potentiellement jouer un rôle dans la production évolutive de cellules solaires à pérovskite. "
Afin de continuer à améliorer l'efficacité et la stabilité des cellules solaires, l'équipe prévoit ensuite d'approfondir l'étude de la structure chimique du matériau de pérovskite contenant de la caféine et d'identifier les meilleurs matériaux de protection pour les pérovskites.
