توسعه سلول خورشیدی هیبریدی: تولید برق از نور خورشید و قطرات باران

تولید برق از باران: ۱۱۰ ولت با یک قطره

بر اساس نتایج آزمایش‌های انجام‌شده که در نشریه Nano Energy منتشر شده است، برخورد تنها یک قطره باران می‌تواند اختلاف پتانسیلی در حدود ۱۱۰ ولت ایجاد کند. این میزان انرژی برای تامین برق یک دستگاه قابل‌حمل کوچک کاملاً کافی است. این قابلیت منحصربه‌فرد، فرصت‌های تازه‌ای را برای تامین انرژی حسگرهای محیطی، تجهیزات پایش سازه‌ها و سامانه‌های اینترنت اشیا (IoT) فراهم می‌آورد.

فناوری هیبریدی خورشیدی–بارانی: لایه‌ای کمتر از ۱۰۰ نانومتر

پژوهشگران ICMS با بهره‌گیری از فناوری پلاسما، لایه‌ای بسیار نازک با ضخامتی کمتر از ۱۰۰ نانومتر تولید کرده‌اند. برای درک بهتر این ضخامت، لازم به ذکر است که ضخامت متوسط موی انسان حدود ۸۰ هزار نانومتر است. این لایه فوق‌نازک دارای دو کارکرد همزمان و حیاتی است:

• حفاظت و افزایش جذب نور: این لایه به عنوان یک پوشش محافظ عمل کرده، ساختار شیمیایی سلول پروسکایتی را حفظ می‌کند و در عین حال، جذب نور خورشید را افزایش می‌دهد.
• تبدیل انرژی جنبشی باران: این لایه نقش یک سطح تریبوالکتریک را ایفا می‌کند که قادر است انرژی جنبشی ناشی از برخورد قطرات باران را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

به این ترتیب، این سامانه ترکیبی نوآورانه از فناوری فتوولتائیک پروسکایتی و نانوژنراتورهای تریبوالکتریک را در قالب یک پیکربندی لایه‌نازک ارائه می‌دهد و امکان بهره‌برداری همزمان از دو منبع انرژی محیطی را فراهم می‌سازد.

رفع چالش عملکرد در شرایط ابری و بارانی

سلول‌های خورشیدی متداول در شرایط تابش مستقیم خورشید عملکرد بسیار خوبی دارند، اما در روزهای ابری یا مناطق با بارندگی طولانی‌مدت، بازده آنها به شدت کاهش می‌یابد. این مسئله در برخی نقاط جهان به مانعی جدی برای گسترش استفاده از انرژی خورشیدی تبدیل شده است.

فناوری جدید با توانایی تولید برق در شرایط بارانی، به طور قابل‌توجهی مشکل خوداتکایی انرژی در بسیاری از کاربردهای فضای باز را کاهش می‌دهد. پژوهشگران اعلام کرده‌اند که این سامانه حتی در حالت غوطه‌ور در آب نیز می‌تواند برای تامین انرژی مدارهای LED مورد استفاده قرار گیرد و مقاومت پنل‌های پروسکایتی را در برابر نوسانات دما و رطوبت افزایش دهد.

کاربردهای گسترده در آینده

محققان معتقدند که این فناوری می‌تواند نقش کلیدی در تامین انرژی حسگرهای نصب‌شده روی سازه‌های بزرگ مانند پل‌ها، سامانه‌های پیش‌بینی وضعیت آب‌وهوا و تجهیزات کشاورزی دقیق ایفا کند. همچنین، صنعت اینترنت اشیا (IoT) به عنوان یکی از حوزه‌های اصلی، می‌تواند از این نوآوری بهره‌مند شود.

این دستاورد گامی مهم در مسیر توسعه پنل‌های هیبریدی خورشیدی–بارانی است که قادرند از منابع مختلف محیطی انرژی جمع‌آوری کرده و پایداری سامانه‌های انرژی تجدیدپذیر را به میزان قابل توجهی افزایش دهند.