Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Vật liệu Seville (ICMS), một trung tâm chung của Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Tây Ban Nha (CSIC) và Đại học Seville (Mỹ), đã tạo ra một thiết bị lai có thể tạo ra năng lượng từ cả ánh sáng mặt trời và lượng mưa cùng một lúc.

Cốt lõi của hệ thống là một màng mỏng đã được cấp bằng sáng chế giúp bảo vệ pin mặt trời perovskite và cải thiện độ bền của chúng, ngay cả trong thời tiết khắc nghiệt. Màng tương tự cũng cho phép máy phát nano tạo ra hơn 100 volt từ tác động của một giọt mưa, đủ để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử cầm tay nhỏ.

Pin mặt trời perovskite halide được làm từ vật liệu tinh thể tổng hợp hấp thụ ánh sáng mặt trời rất hiệu quả. Trong khi silicon vẫn là vật liệu thống trị trong công nghệ năng lượng mặt trời, perovskite được coi là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn vì chúng kết hợp hiệu suất cao với chi phí sản xuất thấp hơn.

Bảo vệ phủ plasma với thu hoạch năng lượng

Một thách thức lớn với các tế bào perovskite là xu hướng phân hủy của chúng dưới áp lực môi trường. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu ICMS đã sử dụng công nghệ plasma để lắng đọng một lớp phủ bảo vệ dày khoảng 100 nanomet (khoảng 0,000004 inch) lên các tế bào.

Lớp phủ này đóng hai vai trò chính. Nó hoạt động như một lớp bảo vệ bảo vệ vật liệu về mặt hóa học đồng thời tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng. Đồng thời, nó có bề mặt ma sát điện (tạo ra điện tích thông qua ma sát hoặc tiếp xúc) chuyển đổi năng lượng của những giọt mưa rơi thành điện năng có thể sử dụng được.

Các thử nghiệm cho thấy vật liệu này có thể tạo ra tới 110 volt từ một tác động của một giọt mưa, đủ để chạy các thiết bị di động nhỏ. Lớp phủ có thể được sản xuất bằng các phương pháp có thể mở rộng và bền vững. Nó cũng vẫn ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt, bao gồm cả ngâm hoàn toàn trong nước. Ngoài ra, nó có thể liên tục cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử đơn giản như mạch LED và giúp các tấm pin mặt trời chịu được các chu kỳ ứng suất độ ẩm và nhiệt độ.

"Công việc của chúng tôi đề xuất một giải pháp tiên tiến kết hợp công nghệ quang điện pin mặt trời perovskite với máy phát nano ma sát điện trong cấu hình màng mỏng, do đó chứng minh tính khả thi của việc triển khai cả hai hệ thống thu hoạch năng lượng", Carmen López, một nhà nghiên cứu tại ICMS giải thích.

Một giải pháp để tạo ra năng lượng liên tục

Pin truyền thống có những hạn chế và các tấm pin mặt trời mất hiệu quả dưới bầu trời nhiều mây. Cách tiếp cận mới này tận dụng cả nắng và mưa để cung cấp nguồn cung cấp năng lượng ổn định hơn. Mục tiêu là cho phép các thiết bị di động và không dây hoạt động liên tục trong điều kiện thời tiết thay đổi.

Các nhà nghiên cứu cho biết công nghệ này có thể mang lại lợi ích cho một loạt các ứng dụng Internet vạn vật (IoT), bao gồm các cảm biến môi trường theo dõi độ ẩm, lượng mưa và ô nhiễm, cũng như cảm biến cấu trúc cho cầu và tòa nhà, trạm thời tiết và hệ thống nông nghiệp chính xác.

"Việc triển khai nó trong cái gọi là thành phố thông minh là khả thi, chẳng hạn như trong biển báo, chiếu sáng phụ trợ tự động hoặc giám sát, vì nó có thể chịu được các điều kiện thời tiết bất lợi và sự hiện diện của mưa, độ ẩm và chu kỳ nhiệt. Nó cũng sẽ được áp dụng cho các cấu trúc năng lượng phân tán ở các khu vực xa xôi, không thể tiếp cận hoặc bị cô lập, chẳng hạn như các trạm hàng hải", nhà nghiên cứu Fernando Núñez của ICMS cho biết.

Hướng tới hệ thống ngoài trời tự động

Nghiên cứu này giới thiệu một chiến lược mới để xây dựng các hệ thống điện tử bền, tự cấp nguồn được thiết kế cho môi trường ngoài trời.

"Nghiên cứu của chúng tôi nhấn mạnh tiềm năng của lớp phủ lắng đọng bằng kỹ thuật plasma như một giải pháp đa chức năng bảo vệ các thiết bị năng lượng nhạy cảm và phát triển các hệ thống có khả năng thu thập năng lượng từ các nguồn môi trường khác nhau, chẳng hạn như tấm mưa mặt trời lai, được gọi là tấm mưa", các nhà nghiên cứu kết luận.