“豆腐太阳能”的科技奥秘：食材也可以做太阳能电池
人类很多发明以配方特别并严格保密而著名，比如某些牌子的碳酸饮料和令人垂涎的薯片之类，但太阳能电池板通常不会出现在这类发明清单的排头位置上。然而人们发现，有几种食材的成分若添加到太阳能电池中，会产生意想不到的作用。
不论你喜欢什么食物，在你家中的厨房中至少可以找到一种这样的食材。研究人员发现，在辣椒中产生刺痛感的化学物质辣椒素可以改善钙钛矿太阳能电池的性能。钙钛矿太阳能电池是太阳能电池板的组成部分。 在太阳能电池中加入辣椒素会使电池中的活性物质颗粒膨胀，使其能够更有效地输送电能。更重要的是，辣椒素让电池从电子缺乏状态变成了电子过剩状态，从而改变电池的运作方式，能使更多的太阳能转化为电能。就本质而言，加入辣椒素就是增加“电子”。这可能就是你品尝印度辣味香料饭后会有舌头灼烧疼痛感的同一原因，当然如果你特别能吃辣，又另当别论。 这种含有辣椒素的太阳能电池据报是效率最高的太阳能电池之一。加入从辣椒中提取的这种化学物质不是为了获得新闻效应的哗众取宠之举，而确实是为了提高太阳能电池性能的实际考虑。 为什么最初会想到在太阳能电池板上添加辣椒呢？不幸的是，研究人员没有对外分享他们是如何想到的。不过碰巧我在这个领域也有自己的食物配方。 2014年，我发表了一篇论文，展示了一种名为氯化镁的化合物能显著降低太阳能电池成本，不过是另一种类型的太阳能电池。听说过氯化镁这种化学物质吗？如果你是素食主义者，你大有可能曾经将此种化合物吃落入肚。 这是一种与食盐（氯化钠）近似的盐，可以从海水中提炼，其用途多多，但最受欢迎的是用于日本料理烹饪，称之为卤水（日文发音nigari），是制作豆腐的凝结剂。我的发现引起一些媒体对“豆腐太阳能”的报道，很有趣，是吗？而我在学术会议上则被称为“豆腐男孩”，就没那么有趣了。 日本料理烹调中一种常用的食材卤水有能增强太阳能电池效率的功能，而且这种食材也很美味。 这是否意味着太阳能电池研究特别注重与食品有关的化学物质？这当然并非如此。这种巧合更多的是与食物和化学两领域之间有很多重叠，以及许多材料科学家“不妨试试看”的研究方法有关。 你可能认为大多数太阳能电池的研究是由物理学家完成的。这或多或少是正确的，我自己就是一个研究太阳能电池的物理学家。但我们的方法与粒子物理学家利用大型强子对撞机（large hadron collider）所做的工作或宇宙学研究方法几乎没有什么共同之处。粒子物理学家通常投入的是繁重的计算和理论工作。换句话说，就是长时间盯着黑板作公式运算。 太阳能电池的研究实际上属于一种涉及物理和化学的跨学科，即材料科学。新的太阳能电池技术或工艺的开发是劳动密集度很高的工作，典型的研究方法是花大量时间测试大量类似但相互略有不同的电池设计的性能。太阳能电池由多层不同材料组合，很难预测改变其中一个组件会对整个结构的性能产生什么影响。 如果我在A层添加了某个东西，发生了变化，那么在其上面的B、C和D层可能也会发生变化。同样，如果我改变C层，我是否需要改变A层或B层的结构？而D层又会怎样呢？你也许已能感觉到这是很难预测的，需要做大量实验，因此这也激发了人们对这一领域创新的好奇心。 未来我们如果发现更多的食材用于太阳能电池，不需大惊小怪，因为这些食材通常是具有多用途的有机化合物。 可把设计太阳能电池想象成烘培蛋糕。要想知道在蛋糕中加入一种新成分后会如何，办法是你需要先烘焙，然后试吃最终烘培出来的混合物，这比在烘焙前预测其外观和味道要可靠得多。 说到底，我们吃的食物，就像太阳能电池一样，是很多有机化合物的合成东西。虽然我们知道辣椒素来自食物辣椒，但辣椒素本质上只是一种有机化合物，其某种特性不但可调味墨西哥烤肉，也巧合的是能用于太阳能电池。 就我自己而言，我发明了用氯化镁降低太阳能电池的方法，直到我写论文的时候才发现氯化镁也用来制作豆腐。遗憾的是，我不是在浏览素食货架时受到启发才有此发明。所以，将食材配方用于太阳能电池的方法并不像你刚读到时所感到的那样天马行空。通常一些最初的逻辑是基于这些化合物固有的化学性质，然后再加上科学想象的发挥，由此往往会获得有趣的突破。 所以，要是在不久的将来，你读到一篇文章说添加肉豆蔻或其他什么食料而大大改善了太阳能电池的效能，相信我，这个结果是源于已知该食材可能有此效果，出于好奇心做了新的尝试，而不是因为无聊和食物最佳品尝期即将到期便起了碰碰运气的念头。 请访问 BBC Future 阅读 英文原文。