Одна-единственная капля дождя может создать разность потенциалов в 110 В, чего достаточно для питания небольшого портативного устройства.
Разработанное исследователями из Института материаловедения Севильи (ICMS) в Испании гибридное устройство на основе перовскита может работать одновременно в дождь и в солнечную погоду, преодолевая трудности, связанные с использованием солнечных элементов в пасмурную погоду.
Как говорится в пресс-релизе, ожидается, что это нововведение будет способствовать расширению использования Интернета вещей (IoT) и наружных датчиков, применяемых для мониторинга сооружений и условий окружающей среды.
Достижения в технологии солнечных батарей привели нас к тому моменту, когда гигантские солнечные электростанции используют солнечную энергию для выработки электроэнергии, не содержащей углерода. Однако мы можем использовать лишь малую часть энергии, получаемой от Солнца.
Поэтому исследователи работают с перовскитными материалами, которые обещают более высокую эффективность преобразования энергии, чем традиционные солнечные элементы. Их более высокая эффективность и низкая стоимость делают перовскиты предпочтительным выбором, но у этих элементов есть проблемы с надежностью.
Инновационное решение ICMS, заключающееся в использовании перовскитных солнечных элементов под воздействием солнца и дождя, также устраняет этот недостаток.
Создание гибридного устройства
Исследователи ICMS создали тонкую пленку, которая не только защищает перовскитную ячейку, но и позволяет ей генерировать электричество из падающих капель дождя. Для создания этой пленки, толщина которой не превышает 100 нанометров, команда использовала плазменные технологии. Для сравнения, средняя толщина человеческого волоса составляет 80 000 нанометров.
Эта чрезвычайно тонкая пленка выполняет двойную роль. Во-первых, она действует как защитный слой, предохраняющий химический состав перовскитных ячеек и одновременно увеличивающий их поглощение света. Кроме того, этот слой действует как трибоэлектрическая поверхность – поверхность, способная преобразовывать кинетическую энергию в электрическую.
В ходе экспериментов, проведенных в лаборатории ICMS, исследователи обнаружили, что одна капля дождя может создать разность потенциалов в 110 В, достаточную для питания небольшого портативного устройства.
«В нашей работе предлагается передовое решение, сочетающее в себе фотоэлектрическую технологию на основе перовскитных солнечных элементов с трибоэлектрическими наногенераторами в тонкопленочной конфигурации, что демонстрирует возможность внедрения обеих систем сбора энергии», — заявила Кармен Лопес, исследовательница из ICMS, участвовавшая в работе, в пресс-релизе.
Полезно для интернета вещей и датчиков.
Традиционные солнечные батареи отлично работают, когда светит солнце. Но в пасмурные дни их производительность и выходная мощность снижаются. В регионах мира с продолжительными осадками это может стать серьезным препятствием для их внедрения.
Разработав устройство, работающее как в дождь, так и на солнце, исследователи ICMS помогли преодолеть проблемы энергетической автономии в широком спектре применений.
Исследователи предполагают, что их инновация может помочь обеспечить питанием широкий спектр устройств, таких как светодиодные схемы, даже при погружении в воду, а также помочь перовскитным солнечным панелям противостоять колебаниям температуры и влажности.
«Наше исследование подчеркивает потенциал покрытий, наносимых плазменными методами, как многофункционального решения, защищающего чувствительные энергетические устройства и позволяющего разрабатывать системы, способные собирать энергию из различных источников окружающей среды, таких как гибридные солнечно-дождевые панели, известные как дождевые панели», — написали исследователи в своей статье.
Результаты исследований также могут помочь в разработке датчиков наружного применения, используемых на крупных сооружениях, таких как мосты, и датчиков окружающей среды, применяемых для прогнозирования погоды или в точном земледелии. Индустрия Интернета вещей (IoT) также получит выгоду от этих исследований.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nano Energy.
Sourse: interestingengineering.com
