以後的太陽能電池裡會出現辣椒素嗎?

2021-01-17 嶽悅於世

辣椒,在明代時還沒有出現在李時珍的《本草綱目》上。而今天缺活躍於各大美食餐飲行業和家常菜譜,在2016年,中國鮮食辣椒種植面積佔世界辣椒種植面積的40%以上,而產量超過全球總產量的50%,成了名副其實的辣椒大國。

辣椒在日常飲食中的作用可不僅僅是增加食慾和味覺,它還能促進血液循環預、舒張血管,預防高血壓和心臟疾病。在適量食用的情況下能美容減肥,而且有研究表明辣椒素還能抑制癌細胞生長。

不過今天要說的不是辣椒對人的作用,而是對能源利用效率的作用。辣椒素是一種使辣椒具有辛辣味的化合物,中國和瑞典的科學家經過研究發現:辣椒素可能是更穩定、更高效率鈣鈦礦太陽能電池的秘密成分。

研究成果最初被發表在《焦耳》雜誌上。

為什麼用辣椒素?

太陽能電池是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片。發電的是一種利用光生伏打效應把光能轉變為電能的器件,又叫光伏器件。物質吸收光能產生電動勢,所以這種電池只要被光照到,就可輸出電壓及電流。

雖然目前被認為最有潛力的還是基於金屬滷化物鈣鈦礦的太陽能電池發電技術,但是它也有缺點:發電過程會受到非輻射複合的困擾,這將會降低效率並加劇熱損失。用到的鈣鉛化合材料製備成本不低,而且如果處理不當還會對環境造成汙染。

基於電池穩定性和環境汙染兩方面,就有科學家想通過改變添加劑改變鈣鈦礦半導體表面電子結構,與電荷傳輸層實現匹配的界面電子結構,從而減少器件能量損失。還有科學家致力於尋找使用綠色、可持續的基於森林系生物添加劑技術,並與無毒無鉛鈣鈦礦半導體結合,最終實現完全綠色的鈣鈦礦電子器件。

我國科學家保秦燁的團隊與合作者經過不斷地實驗,綜合考慮了辣椒素的電學、化學、光學和穩定性能,被認為是一種很有前途的添加劑。

關於辣椒素的實驗

為了測試辣椒素的性能,本次研究小組將辣椒素整合到MAPbI3鈣鈦礦太陽能電池的前體中,轉換效率達到了 21.88%,相比於未摻入對照組的效率為 19.1%。而且添加辣椒素的電池相比於對照組提升了太陽能電池的穩定性,在環境空氣中存放800小時後,仍能以該原始效率的 90% 以上運行。

至於辣椒素的工作原理,研究人員表示:辣椒素可大大降低鈣鈦礦薄膜的缺陷密度,這將電池中的電子密度提高了一個數量級,促進電荷傳輸。而且他們還發現電池中的洩露電流更小,這表明辣椒素更好地抑制了非輻射複合。

研究人員稱接下來的工作則是進一步研究辣椒素對其它鈣鈦礦電池(如無機鈣鈦礦和雙鈣鈦礦)的影響。以及在能否大規模商業生產的性能測試、環保等問題的解決。

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