近年來 ，鈣鈦礦太陽能電池產業開始崛起 ，因為單晶矽與多晶矽的太陽能電池在提煉過程中必要亏损大量的電力 ，製造成本較高 ，而鈣鈦礦太陽能拥有與單晶矽靠近的光電轉換效能、但其製備工藝相對簡單 ，成本也較為便宜 ，所以鈣鈦礦太陽能電池受到了全球學術界和產業界的廣泛關注 ，發展迅速。
在一篇剛剛發表於《焦耳》的論文中 ，來自美國加州大學洛杉磯分校资料科學與工程學院與錦州陽光能源公司的钻研團隊 ，意表地從咖啡中找到了提升鈣鈦礦太陽能電池效能的步骤。該論文的通訊作者是加州大學洛杉磯分校的楊陽教授 ，他領導的钻研幼組觀察到咖啡因中氧原子與鈣鈦礦资猜中鉛離子的相互作用 ，能顯著提升鈣鈦礦太陽能電池的熱穩定性、將太陽能電池的效能從17%提高到20% ，這使得鈣鈦礦太陽能電池取代晶矽電池的可能性變得更大。
咖啡因與鈣鈦礦
人類能够在咖啡與茶中找到大量的咖啡因？Х纫虻膶W名是1,3,7-三甲基黃嘌呤 ，從分子結構圖上能够看出它含有三個甲基。在楊陽教授領導的钻研中 ，起到關鍵作用的不是咖啡因分子中的甲基 ，而是咖啡因分子中的氧原子。這些氧原子與碳原子構成了碳氧雙鍵。
我們知路 ，氧原子的最表層的電子一共有6個。組成碳氧雙鍵後還有4個電子沒有配對 ，咖啡因氧原子內的未配對電子能够與鈣鈦礦中的鉛離子相結合形成分子鎖。
鈣鈦礦是这次钻研中的另一個主角。值妥贴心的是 ，這次實驗中使用的鈣鈦礦裏並沒有鈣 ，也沒有鈦。鈣鈦礦（Perovskite）资料是以俄國的礦物學家列維.佩羅夫斯基（Lev Perovski）的名字定名。最早被發現的鈣鈦礦资料是鈣與鈦的複合氧化物。不過了到後來 ，鈣鈦礦的概想有了很大的延展 ，它已經不特指鈣鈦複合氧化物 ，而用來泛指一系列拥有ABX3化學式的化合物 ，在這裏A可所以甲氨基蹬仔機分子基團 ，而B可所以鉛原子（也可所以錫原子） ，X則通常含有鹵素原子。
鈣鈦礦結構示意圖
在太陽能電池領域 ，通常使用的是有機無機複合的鈣鈦礦。鈣鈦礦通常是作為太陽能電池的吸收層來使用 ，在接受太陽光的照射以後 ，鈣鈦礦吸收了光子以後會產生電子-空穴對。電子帶負電 ，而空穴能够当作是帶正電。這些電子-空穴對分路揚鑣成為太陽能電池中的載流子分別流向正負極 ，這樣就形成了光電流。所以 ，太陽能電池的物理道理 ，其實依然是愛因斯坦提出的光電效應。
鈣鈦礦太陽能電池現狀
太陽上每時每刻都在進行著核反應 ，核反應產生的太陽光照射在地球上 ，在每平方米的地面上帶來1000瓦特的太陽輻射功率。在地球上能够直接利用這些太陽光的能量來發電 ，這造就了太陽能電池這個行業。太陽能電池通常是由好多層资料堆積起來的 ，其中起到光吸收作用的層叫做吸收層。
太陽能電池也依照吸收層的资料个性來定名 ，好比晶體矽太陽能電池的吸收層就是單晶矽或者多晶矽 ；薄膜太陽能電池的吸收層通常是厚度幾個微米的薄膜资料 ；而鈣鈦礦太陽能電池的吸收層就是鈣鈦礦。單晶矽的光電轉換效能的世界紀錄是26% ，而鈣鈦礦的光電轉換效能的世界紀錄是24%左右 ，兩者差別不大。但鈣鈦礦有著特有的優點。鈣鈦礦资料天生就有很好的光電个性：相比於間接帶隙的單晶矽 ，它是直接帶隙 ，所以鈣鈦礦的螢光效能特別高 ， 惋惜的是 ，目前能實現的鈣鈦礦電池面積都很幼 ，而單晶矽的面積則很大。所以從光電轉換效能兩說 ，兩者在手足之間 ；但從面積來說 ，單晶矽還是領先於鈣鈦礦的。鈣鈦礦太陽能電池的另一個缺點在於 ，它的穩定性還不夠好。若是能提升鈣鈦礦的穩定性、將其壽命提到20年 ，那麼鈣鈦礦是很有可能取代單晶矽的。
喝咖啡產生的靈感
楊陽在接受《環球科學》採訪時暗示：“我相信在不久的將來 ，也許在兩三內年 ，鈣鈦礦應該會追過單晶矽 ，F在重要的問題是鈣鈦礦電池的面積放大之後 ，它的光電轉換效能會往着落。我們把學術界的產品拿到工業界做大之後 ，有時候也許不像梦想中的那麼好。所以這個是學術界跟工業界的一個差異。”
楊陽教授的钻研組一向在從事鈣鈦礦太陽能電池的钻研。楊陽對“能產生電”或者“與光有關”的资料一向有很大的興趣 ，部门原因在於他博士剛畢業的時候在美國科學家艾倫·黑格（A. Heeger） 教授的公司裏工作。楊陽跟隨艾倫·黑格工作了四年多 ，剛開始重要做導電高分子资料 ，後來又開始做高分子OLED ，這是有機 LED 的另表一個分支。有機 LED 後來產業化成功 ，做成了 OLED 面板 ，在智能手機上有好多應用。而艾倫·黑格因在導電聚合物領域的開創性貢獻 ，成為2000年的諾貝爾化學獎得主。
一天早上 ，楊陽钻研組裏的兩個博士生 ，邊喝咖啡邊討論鈣鈦礦钻研。王睿說：“我們人必要咖啡來提神 ，那麼鈣鈦礦呢？也許它們也必要咖啡能力表現得更好？”
王睿不經意的一句話讓薛晶晶聯想到咖啡因是一種常見的生物鹼 ，它裏面的未成對電子能够與鈣鈦礦资猜中的鉛離子相互作用？Х纫蚍肿由系聂驶鶊F能够罕韢鈦礦的鉛離子形成一個分子鎖。這能够提高鈣鈦礦分化所必要的能量勢壘 ，從而讓鈣鈦礦穩定下來。同時 ，這樣的分子鎖能够降当韢鈦礦晶體的成核速度 ，得到更高質量的鈣鈦礦多晶薄膜 ，且能够使鈣鈦礦的晶粒更拥有取向性 ，從而提高載流子的傳輸效能 ，這就能够提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效能。
提高輸出功率
楊陽钻研幼組用加熱的步骤將咖啡因增长到40個太陽能電池的鈣鈦礦層中 ，並使用紅表吸收光譜來確定咖啡因是否成功地與鈣鈦礦結合了。他們發現了咖啡因在與鈣鈦礦結合後 ，咖啡因中的羰基的特徵峰發生了移動 ，這意味著咖啡因已經成功與鈣鈦礦結合了。
在進一步的透射電子顯微鏡測試中 ，這種“喝了咖啡”的鈣鈦礦资料被電子束加熱時 ，分子鎖還是维持穩定。楊陽說：“隨後 ，我們把這種喝了咖啡的鈣鈦礦做成太陽能電池 ，發現其輸出功率——也就是電流與電壓的乘積提高了大約20%”。因而 ，這是一項沉要的進展 ，這說明咖啡因能够幫助鈣鈦礦獲得高結晶度、低缺点和优良的穩定性。這也意味著它可能在鈣鈦礦太陽能電池的產業化中發揮巨大作用。不過 ，由於其作用機理是咖啡因與鈣鈦礦裏的鉛離子產生了相互作用 ，這一過程不適用於單晶矽太陽能電池。
現在看來 ，無論未來的產業化路路怎麼樣。在2019年 ，由中國人發現的愛喝咖啡的太陽能電池 ，至少能够與2011年日自己發現的愛饮酒的高溫超導體相媲美。
