一個意想不到！卻能改善太陽能電池的成分

許多廚房櫥櫃裡的食物材料，竟然能意想不到的提高太陽能電池板的效率。太陽能電池科學家Jon Major為我們解釋為什麼。

從碳酸飲料到更多的洋芋片，它們的開發常以其不尋常且經常受到嚴密保護的成分而聞名，但太陽能板通常不在這個名單的首位。然而，事實卻證明，當添加到太陽能電池中時，有幾種食品成分卻出乎意料地有用。

無論你喜歡吃什麼，你都很有可能在家里至少找到其中一種。辣椒素是一種使辣椒具有辣味的化學物質，而它已被發現可以改善鈣鈦礦太陽能電池，也就是構成太陽能板的裝置。

添加辣椒素可以擴大構成太陽能電池活性材料的顆粒，使其能夠更有效地傳輸電力。更重要的是，這還使材料從缺乏電子變成了過剩，而這也改變了電池的運作方式，允許更多的陽光轉化為電能。從本質上來說，添加辣椒素會增加電子（這可能與你在品嚐特別辣的印度比利亞尼後，在舌頭上體驗到的效果相同）。

含有辣椒素的電池是已知最有效的電池之一。添加從辣椒中萃取的這種化學物質，實際上可能真的是提高太陽能電池性能的一種途徑，而不是成為頭條新聞的噱頭。

但是，為什麼會有人想到要將辣椒添加到太陽能電池中呢？不幸的是，研究人員並沒有跟我們分享他們的思考過程，但我碰巧在這方面也有涉略。

在2014年，我發表了一篇論文，展示了一種名為氯化鎂的化合物如何可以顯著降低太陽能成本，儘管採用的是不同類型的太陽能電池。沒聽說過氯化鎂嗎？好吧，但如果你是素食主義者，那麼你就可能曾經吃過它。

它是一種與食鹽（氯化鈉）不太相似的鹽，可以從海水中取得。它有很多用途，但它最受歡迎的用途之一是在日本烹飪中，被稱為nigari，用作增稠豆腐的凝固劑。我的發現導致一些媒體報導了“豆腐太陽能”，這很有趣，而我在學術會議上也被稱為“豆腐男孩”（這就不太有趣了）。

但這是否就意味著食品化學品就特別適合太陽能電池的研究？當然不是。這種巧合更多地是與食品和化學之間的重疊，以及指導許多材料科學家的“假設”方法有關。

您可能認為大多數的太陽能電池研究是由物理學家完成的，一部分來說沒錯，就像我自己也是。但這種研究的方法，與粒子物理學家在大型強子對撞機上所做的工作，或宇宙學的研究幾乎沒有任何共同之處。這些領域通常圍繞著繁重的計算和理論工作，換句話說，需要花很多時間盯著黑板。

太陽能電池的研究實際上是一個材料科學的問題，它介於物理和化學之間。新太陽能電池技術和過程的開發是非常勞動密集的，典型的方法是要花費大量的時間，測試大量可以比較，但略有改變的電池設計的性能。太陽能電池由不同的材料堆疊層組成，很難透過改變一個組件，來預測整個結構的性能會發生什麼變化。

如果我向A層添加了一些東西並且讓它發生了變化，那麼它上面的B、C和D層也可能會發生變化。同樣的，如果我更改了C層的設計圖，那我是否也需要更改製作A或B的方式？那麼D會發生什麼事情呢？你可能已經感覺到這是有多麼的難預測，但這也激發了該領域大部分創新背後的好奇心。

把太陽能電池想像成蛋糕，要了解添加新成分時會發生什麼，烘烤它然後對最終混合物進行採樣，比在烘烤之前嘗試預測它的外觀和味道要來的可靠得多。

最後，我們吃的食物就像太陽能電池一樣，是化合物的混合物。雖然我們知道辣椒中的辣椒素，但它實際上只是一種有機化合物，但巧合的是，它卻同時具有使其適用於太陽能電池加工，以及為捲餅調味的特殊性質。

就我個人而言，我開發了使用氯化鎂的發法，後來我寫論文時才發現它也用於豆腐，但遺憾的是，我在純素食品貨架上並沒有受到任何啟發。所以，這些方法並不像你第一次讀到它們時聽起來的那麼奇怪和古怪。通常有一些基於這些化合物的內在化學的初始邏輯，而這些科學幻想的過程通常會導致有趣的突破。

所以，如果在不久的將來你讀到一篇關於太陽能電池透過添加肉荳蔻，或其他東西而得到不可估量的改進的文章，請相信它是由於對 “可能” 的好奇而完成的，而不是因為無聊，或迫在眉睫的最佳食用日期。

原著: Jon Major, February 2, 2021