Científicos de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) y Solargiga Energy en China han descubierto que la cafeína puede ayudar a que una alternativa prometedora a las células solares tradicionales sea más eficiente para convertir la luz en electricidad. Su investigación, publicado el 25 de abril en la revista Joule , puede permitir que esta tecnología rentable de energía renovable compita en el mercado con las células solares de silicio.

La idea comenzó como una broma con el café de la mañana. "Un día, mientras hablábamos de las células solares de perovskita, nuestro colega Rui Wang dijo:'Si necesitamos café para aumentar nuestra energía, ¿qué pasa con las perovskitas? ¿Necesitarían café para funcionar mejor? '", Recuerda Jingjing Xue, un doctorado candidato en el grupo de investigación del profesor Yang Yang en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la UCLA.

El comentario casual llevó al equipo a recordar que la cafeína en el café es un compuesto alcaloide que contiene estructuras moleculares que podrían interactuar con los precursores de los materiales de perovskita, compuestos con una estructura cristalina particular que forman la capa captadora de luz en una clase de células solares. Intentos previos para mejorar la estabilidad térmica de estas células solares han incluido mejorar la capa de perovskita mediante la introducción de compuestos como dimetilsulfóxido, pero los investigadores han luchado por aumentar la eficiencia y la estabilidad a largo plazo de las células. Nadie había probado la cafeína.

Al darse cuenta de que podrían estar en algo, el equipo dejó a un lado su café y comenzó a investigar más. Agregaron cafeína a la capa de perovskita de cuarenta células solares y usaron espectroscopía infrarroja (que usa radiación infrarroja para identificar compuestos químicos) para determinar que la cafeína se había adherido con éxito al material.

Realización de más pruebas de espectroscopia infrarroja, observaron que los grupos carbonilo (un átomo de carbono unido por enlaces dobles a un oxígeno) en la cafeína interactuaban con los iones de plomo en la capa para crear un "bloqueo molecular". Esta interacción aumentó la cantidad mínima de energía requerida para que reaccionara la película de perovskita, aumentando la eficiencia de la célula solar del 17 por ciento a más del 20 por ciento. El bloqueo molecular continuó ocurriendo cuando el material se calentó, lo que podría ayudar a evitar que el calor rompa la capa.

"Nos sorprendieron los resultados, "dice Wang, quien también es un Ph.D. candidato en el grupo de investigación de Yang en UCLA. "Durante nuestro primer intento de incorporar cafeína, nuestras células solares de perovskita ya alcanzaron casi la eficiencia más alta que logramos en el papel ".

Pero mientras que la cafeína parece mejorar significativamente el rendimiento de las células que utilizan perovskita para absorber la luz solar, los investigadores no creen que sea útil para otros tipos de células solares. La estructura molecular única de la cafeína solo le permite interactuar con los precursores de perovskita, lo que puede dar a esta variedad de células solares una ventaja en el mercado. Las células solares de perovskita ya tienen la ventaja de ser más baratas y flexibles que sus homólogas de silicio. También son más fáciles de fabricar:las células de perovskita se pueden fabricar a partir de precursores en solución en lugar de lingotes de cristal sólido. Con más investigación, Wang cree que la cafeína puede facilitar la producción a gran escala de células solares de perovskita.

"La cafeína puede ayudar a la perovskita a lograr una alta cristalinidad, defectos bajos, y buena estabilidad, ", dice. Esto significa que potencialmente puede desempeñar un papel en la producción escalable de células solares de perovskita".

Para seguir mejorando la eficiencia y la estabilidad de las células solares, A continuación, el equipo planea investigar más a fondo la estructura química del material de perovskita con cafeína e identificar los mejores materiales protectores para las perovskitas.