Гибридная солнечная панель превращает дождевую каплю в 110 В напряжения

05 березня 2026 р. 15:37

05 березня 2026 р. 15:37

До тех пор, пока мы собираем солнечные лучи, облака считались врагом. Но команда ученых из Севильи (Испания) решила, что вместо борьбы с дождем солнечная технология должна его использовать. И изобрели пленку, которая генерирует энергию из дождевых капель.

Когда небо сереет и начинают падать первые капли, стабильный поток электронов в традиционных солнечных панелях уменьшается до струйки. Исследователи из Лаборатории нанотехнологий на поверхностях и плазменных процессов Института материаловедения Севильи (ICMS) разработали гибридное устройство, которое на самом деле «питается» ливнями. Нанося специальную, «тефлоноподобную» пленку толщиной всего 100 нанометров на высокоэффективный перовскитовый солнечный элемент, они создали панель, которая собирает энергию света, когда солнечно, и кинетическую энергию, когда идет дождь.

Новая панель использует трибоэлектрический эффект. Когда капля ударяется и скользит по специально обработанной поверхности, возникает трение и разница заряда. Например, капля может оставить положительный ион, тогда как поверхность остается отрицательно заряженной. Заряд затем собирается и превращается в электричество . Чтобы понять, почему это «прорыв», нужно посмотреть на материал внутри. Галогениды перовскитов (класс кристаллических материалов) — любимцы мира возобновляемой энергетики. Их дешевле производить, чем кремний, а эффективность выросла с менее чем 4% до более 25% всего за несколько лет. Однако они чрезвычайно хрупкие.

«Уязвимость галогенидов перовскитов к влаге и экологическим стрессовым факторам остается критическим барьером для их широкого применения», — отмечают исследователи в своей работе, опубликованной в журнале Nano Energy.

Воздействие влаги обычно превращает эти высокотехнологичные кристаллы в желтоватую, бесполезную кашу из йодида свинца всего за несколько минут. Очевидное следствие — такие солнечные панели очень уязвимы к дождю и могут повредиться, если их покрытие не защищает от воды. Поэтому работа, которая переворачивает ситуацию , выглядит особенно впечатляющей. Команда ICMS использовала технику плазменного химического осаждения из паровой фазы (PECVD), чтобы вырастить защитный фторированный полимерный слой непосредственно на элементе. Процесс происходит при комнатной температуре и не использует растворителей. Это означает, что он не повреждает чувствительные слои солнечного элемента во время нанесения.

Этот слой толщиной 100 нанометров выполняет тройную функцию. Он действует как гидрофобный барьер, повышая угол смачивания до 110°, что фактически удваивает устойчивость элемента к влаге. Он уменьшает отражение и увеличивает прозрачность для света до более чем 90%, даже улучшая поглощение солнечного света по сравнению с голой поверхностью. И он работает как трибоэлектрический наногенератор (D-TENG). Когда капля дождя ударяет по поверхности и скатывается, трение создает электрический потенциал.

«Наша работа предлагает передовое решение, которое сочетает фотогальваническую технологию перовскитовых солнечных элементов с трибоэлектрическими наногенераторами в тонкопленочной конфигурации, демонстрируя возможность реализации обеих систем сбора энергии», — объясняет Кармен Лопес, ведущая исследовательница ICMS.

Команда продемонстрировала, что оптимизированное покрытие может генерировать пики напряжения до 110 вольт, когда его ударяет одна капля дождя. Хотя общая плотность мощности относительно невелика — около 4 милливатт на квадратный сантиметр — ее достаточно, чтобы поддерживать работу маломощной электроники без батареи . В лаборатории исследователи создали самозарядный прототип, который использовал специальный «усилительный преобразователь» для повышения напряжения. Гибрид солнечной и дождевой энергии мог непрерывно питать массив красных светодиодов за счет солнца, а массив зеленых светодиодов вспыхивал отрывисто с каждым ударом капли.

Энкапсулированные элементы сохраняли более 50% первоначальной эффективности даже после 10 дней воздействия высокой температуры и влажности. В «пыточном тесте» с погружением в воду гибридное устройство сохранило работоспособность более 15 минут, тогда как неэкранированные элементы выходили из строя почти мгновенно. Эта технология не предназначена для замены больших кремниевых массивов на крышах. Вместо этого она ориентирована на сферу «интернета вещей» (IoT). Поскольку мы размещаем миллионы датчиков на мостах, фермах и в умных городах для мониторинга всего — от загрязнения до структурной целостности, — возникает «энергетический кризис батарей»: их невозможно постоянно обслуживать.

«Ее внедрение в так называемых умных городах является реальным, например в знаках, автономном вспомогательном освещении или мониторинге. Она также может применяться в распределенных энергетических структурах в отдаленных, труднодоступных или изолированных районах, таких как морские станции», — говорит исследователь Фернандо Луньес.

Собирая «кинетическую энергию от ударов капель дождя», эти панели могут обеспечивать «устойчивый доступ к крошечным потокам энергии» там, где провода или традиционные батареи непригодны, добавили исследователи. Это уводит нас от мира, где устройства просто «спят», когда погода плохая, к будущему с лучшей энергетической автономией.

На заміну ГЕС? Науковці навчились генерувати електрику з крапель дощу

Источник: ZMEscience

Наука