Niet alleen mensen, maar ook zonnecellen van perovskiet functioneren beter met wat cafeïne erin. Ze kunnen hoge temperaturen beter aan, houden het langer vol en wekken meer energie op.
Perovskieten zijn een veelbelovende klasse van materialen voor zonnecellen. Perovskiet-cellen zijn goedkoper en flexibeler dan de huidige zonnecellen van silicium. Maar de prestaties van dergelijke zonnecellen zijn nog niet stabiel genoeg over lange tijd en ze gaan snel kapot bij hogere temperaturen. Dit maakt ze te kwetsbaar om een duurzaam alternatief voor silicium te zijn.
Een groep Chinese en Amerikaanse onderzoekers publiceerde in vakblad Joule dat de prestaties en duurzaamheid van perovskiet omhoog gaan als je het stofje 1,3,7-trimethylxanthine, oftewel cafeïne, toevoegt. Net als bij de meeste mensen zorgt de cafeïne ervoor dat er harder gewerkt wordt.
Grap tijdens de koffie
Het begon als een grapje tijdens de koffie. ‘Terwijl we spraken over perovskiet-zonnecellen zei onze collega Rui Wang: ‘Als wij koffie nodig hebben voor energie, hoe zit dat dan met perovskieten? Zouden die beter presteren met koffie?’’, vertelt promovendus Jingjing Xue van de University of California Los Angeles.
De wetenschappers moesten hier niet alleen om lachen. Er ontstond ook een discussie over de chemische eigenschappen van koffie. Ze realiseerden zich dat cafeïne uit koffie een alkaloïde is. Alkaloïde stoffen kunnen een verbinding aangaan met de laag in perovskiet die de energie uit zonlicht opneemt.
De onderzoekers besloten het effect van cafeïne in het laboratorium te onderzoeken. Het oppeppende stofje bleek goed te binden aan looddeeltjes die in perovskiet zitten. Door die stevige verbinding kost het opnemen van zonlicht minder energie. Met cafeïne steeg de energieopbrengst van de zonnecellen van 17 naar 20 procent.
Daarnaast zorgt de stevige verbinding met cafeïne ervoor dat er minder snel breukjes ontstaan in het perovskiet. Die beschermende werking blijft intact bij hoge temperaturen. Op die manier verlengt cafeïne de levensduur van zonnepanelen. De geteste zonnecellen bleven 1300 uur stabiel werken bij een temperatuur van 85ºC.
Cafeïnehoudend onderzoek
De onderzoekers merken wel op dat de cafeïne alleen goed bindt aan een bepaalde soort perovskiet. De huidige zonnepanelen van silicium en andere perovskiet-varianten profiteren waarschijnlijk niet van een shot cafeïne.
Ook is de efficiëntie waarmee de cafeïnehoudende zonnepanelen zonlicht omzetten in elektriciteit nog niet hoger dan die van de beste perovskiet-panelen. Maar de levensduur en hitteresistentie zijn veelbelovend.
Een mooi resultaat voor een goedkope toevoeging aan goedkope zonnecellen, schrijven de onderzoekers. Ze gaan in een vervolgonderzoek op zoek naar manieren om deze combinatie van materialen verder te verbeteren. Waarschijnlijk met de nodige koffiepauzes.