Испанские учёные из Института материаловедения Севильи (ICMS) создали устройство, которое наконец-то решило давнюю проблему солнечной энергетики: теперь панели работают не только под ярким солнцем, но и под проливным дождём. Более того — они учатся получать электричество прямо из падающих капель.
Это гибрид на основе перовскитных солнечных элементов — материала, который уже давно называют «будущим фотогальваники» благодаря высокой эффективности и низкой стоимости. Главная беда перовскитов всегда была в надёжности: влага, перепады температуры и влажность быстро их убивают. Новая разработка превращает этот недостаток в преимущество.
Сверхтонкая плёнка — и солнце, и дождь
Учёные нанесли на перовскитную ячейку специальную защитную плёнку толщиной всего 100 нанометров (для сравнения: человеческий волос в 800 раз толще). Плёнку создали с помощью плазменной технологии. Она выполняет сразу три задачи: защищает чувствительную химию перовскита, усиливает поглощение света и превращается в трибоэлектрическую поверхность.
Когда на неё падает дождь, механическая энергия капель преобразуется в электричество. В экспериментах одна-единственная капля создавала разность потенциалов в 110 вольт — вполне достаточно, чтобы запитать небольшой портативный датчик или LED-схему.
«Наша работа предлагает передовое решение, которое объединяет фотогальваническую технологию перовскитных солнечных элементов с трибоэлектрическими наногенераторами в единой тонкоплёночной конфигурации», — рассказала исследовательница Кармен Лопес.
Когда обычные панели «сдаются»
Обычные кремниевые солнечные батареи в пасмурную погоду или под дождём резко теряют мощность. В регионах с долгим сезоном дождей это часто делает их установку невыгодной. Новый гибрид работает в любых условиях: солнце светит — работает фотогальваника, пошёл дождь — включается трибоэлектрический эффект. При этом плёнка защищает панель от влаги, перепадов температуры и влажности, заметно продлевая срок службы.
Такие «дождевые панели» станут настоящим подарком для Интернета вещей (IoT) и автономных сенсоров. Представьте датчики на огромных мостах, которые работают годами без замены батарей. Или метеостанции в труднодоступных районах, сельскохозяйственные сенсоры точного земледелия, которые предсказывают погоду и влажность почвы. Даже LED-светильники, полностью погружённые в воду, смогут работать от энергии дождя.
Исследователи подчёркивают: плазменные покрытия — это многофункциональное решение, которое защищает чувствительные устройства и одновременно собирает энергию из разных источников окружающей среды.
Результаты работы опубликованы в журнале Nano Energy.
