دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا و سولارگیگا انرژی در چین کشف کرده‌اند کافئین می‌تواند موجب افزایش کارایی تبدیل نور به الکتریسیته در سلول‌های خورشیدی شود. نتایج پژوهش آن‌ها که در مجله‌ی Joule منتشر شد، ممکن است این تکنولوژی انرژی تجدیدپذیر مقرون‌به‌صرفه را قادر سازد تا در بازار با سلول‌های خورشیدی سیلیکونی رقابت کند.

این ایده با لطیفه‌ای خنده‌دار درباره‌ی قهوه‌ی صبحانه آغاز شد. جینگ‌جیانگ یکی از دانشجویان به‌خاطر می‌آورد:

یکی از روزها وقتی داشتیم درباره سلول‌های خورشیدی پروسکایتی صحبت می‌کردیم، رویی‌وانگ، یکی از استادان ما گفت: «اگر برای افزایش انرژی به قهوه نیاز داریم، پس پروسکایت چه؟ آیا آن‌‌هم برای عملکرد بهتر به قهوه نیاز دارد؟» این نظر بی‌مقدمه موجب شد تیم به‌خاطر آورد که کافئین موجود در قهوه ترکیبی آلکالوئیدی است که ساختارهای ملکولی دربر دارد که می‌تواند با پیش‌سازهای مواد پروسکایتی تعامل برقرار کند؛ ترکیباتی با ساختار بلوری خاص که لایه‌ی گیرنده‌ی نور را در گروهی از سلول‌های خورشیدی تشکیل می‌دهند.

تلاش‌های گذشته‌ی پژوهشگران برای بهبود پایداری حرارتی این سلول‌های خورشیدی شامل تقویت لایه‌ی پروسکایتی با واردکردن ترکیباتی نظیر دی‌متیل سولفواکسید بوده است. پژوهشگران برای تقویت کارایی سلول‌ها و پایداری بلند‌مدت آن‌ها تلاش کرده‌ بودند؛ اما کسی دراین‌زمینه کافئین را درنظر نگرفته بود. در این هنگام، پژوهشگران که تصور کردند شاید در مسیر کشف چیزی قرار گرفته باشند، قهوه‌های خود را کنار گذاشتند و بررسی بیشتر را آغاز کردند.

آن‌ها کافئین را به لایه‌ی پروسکایتی ۴۰ سلول خورشیدیاضافه کردند و از طیف‌سنجی مادون‌قرمز که از اشعه‌ی مادون‌قرمز برای شناسایی ترکیبات شیمیایی استفاده می‌کند، برای تعیین این موضوع استفاده کردند که کافئین به‌طور موفقیت‌آمیزی با مواد پیوند خورده است یا نه. آن‌ها با انجام آزمایش‌های طیف‌سنجی مادون قرمز بیشتر مشاهده کردند گروه‌های کربونیل (کربن دارای پیوند مضاعف با اکسیژن) در کافئین با یون‌های سرب موجود در لایه ارتباط برقرار کرده و قفل ملکولی تشکیل داده است. این تعامل موجب افزایش حداقل مقدار انرژی موردنیاز برای واکنش لایه‌ی پروسکایت و افزایش کارایی سلول خورشیدی از ۱۷ درصد به بیش از ۲۰ درصد شد. حتی وقتی به این ماده حرارت داده شد، این قفل ملکولی همچنان وجود داشت که نشان می‌دهد این ماده می‌تواند مانع از شکستن لایه در اثر حرارت شود. وانگ می‌گوید:

از این نتایج شگفت‌زده شدیم. حین نخستین تلاش برای واردکردن کافئین به این ساختار، سلول‌های خورشیدی پروسکایتی به بیشترین کارایی مشاهده‌شده در این مطالعه رسیدند.

نمونه‌های سلول خورشیدی که پژوهشگران آن‌ها را با استفاده از کافئین تقویت کرده‌اند

درحالی‌که به‌نظر می‌رسد کافئین به‌طور چشمگیری موجب بهبود عملکرد در سلول‌هایی می‌شود که در آن‌ها از پروسکایت برای جذب نورخورشید استفاده می‌شود، پژوهشگران معتقدند این روش برای دیگر انواع سلول‌های خورشیدی مفید نیست. کافئین به‌‌دلیل ساختار ملکولی منحصر‌به‌فردش فقط می‌تواند با پیش‌ساز‌های پروسکایت تعامل برقرار کند؛ موضوعی که ممکن است موجب شود این نوع از سلول‌های خورشیدی در بازار تاحدودی از دیگر نمونه‌ها پیش بیفتند.

به‌طورکلی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی ارزان‌تر است و درمقایسه‌با همتاهای سیلیکونی خود قابلیت انعطاف بیشتری دارند. علاوه‌بر‌این، تولید آن‌ها نیز ساده‌تر است. سلول‌های پروسکایتی را می‌توان از پیش‌سازهای محلول تولید کرد. وانگ معتقد است با انجام پژوهش‌های بیشتر کافئین ممکن است بتواند به تولید در مقیاس وسیع سلول‌های خورشیدی پروسکایتی کمک کند. او می‌گوید:

کافئین می‌تواند به پروسکایت کمک کند بلورینگی بیشتر و نقص‌های کمتر و نیز پایداری بیشتری داشته باشد. این بدان معنا است که این ماده می‌تواند به‌طوربالقوه نقشی در تولید وسیع سلول‌های خورشیدی پروسکایتی داشته باشند.

پژوهشگران در ادامه‌ی کار قصد دارند برای تقویت بیشتر سلول‌های خورشیدی، ساختار شیمیایی مواد پروسکایتی را بررسی کنند که کافئین با آن‌ها ادغام شده و بهترین مواد محافظ را برای پروسکایت شناسایی کنند.