Neue Perowskit-Zelle wandelt Regen und Sonnenschein in Strom um
Ein einzelner Regentropfen könnte eine Potentialdifferenz von 110 V erzeugen, was ausreicht, um ein kleines tragbares Gerät mit Strom zu versorgen.
Ein von Forschern des Instituts für Materialwissenschaften in Sevilla (ICMS) in Spanien entwickeltes Hybridgerät auf Perowskit-Basis kann gleichzeitig bei Regen und Sonnenschein betrieben werden und überwindet damit die Hindernisse, die bei der Verwendung von Solarzellen bei bewölkten Bedingungen auftreten.
Die Innovation soll laut einer Pressemitteilung den Einsatz des Internets der Dinge (IoT) und von Außensensoren zur Überwachung von Strukturen und Umweltbedingungen vorantreiben.
Fortschritte in der Solarzellentechnologie haben uns an diesen Punkt gebracht, an dem riesige Solarkraftwerke Sonnenenergie zur Erzeugung von kohlenstofffreiem Strom nutzen. Allerdings können wir nur einen Bruchteil der von der Sonne empfangenen Energie nutzen.
Forscher arbeiten daher mit Perowskit-Materialien, die eine höhere Energieumwandlungseffizienz als herkömmliche Solarzellen versprechen. Ihre höhere Effizienz und ihre geringen Kosten machen Perowskite zu einer bevorzugten Wahl, aber diese Zellen haben Probleme mit der Zuverlässigkeit.
Die Innovation am ICMS, die Perowskit-Solarzelle bei Sonne und Regen einzusetzen, behebt auch diesen Mangel.
Bau eines Hybridgeräts
Die Forscher des ICMS haben eine dünne Folie entwickelt, die die Perowskit-Zelle nicht nur schützt, sondern es ihr auch ermöglicht, aus fallenden Regentropfen Strom zu erzeugen. Das Team verwendete Plasmatechnologie, um diese Folie herzustellen, die nicht dicker als 100 Nanometer ist. Zum Vergleich: Ein durchschnittliches menschliches Haar ist 80.000 Nanometer dick.
Diese extrem dünne Folie erfüllt eine doppelte Funktion. Zum einen dient sie als Kapselung, die die Chemie der Perowskit-Zellen schützt und gleichzeitig ihre Lichtabsorption erhöht. Darüber hinaus wirkt die Schicht wie eine triboelektrische Oberfläche, die kinetische Energie in elektrische Energie umwandeln kann.
In Experimenten, die in der ICMS-Einrichtung durchgeführt wurden, fanden die Forscher heraus, dass ein einzelner Regentropfen eine Potentialdifferenz von 110 V erzeugen kann, was ausreicht, um ein kleines tragbares Gerät mit Strom zu versorgen.
„Unsere Arbeit schlägt eine fortschrittliche Lösung vor, die die Photovoltaik-Technologie von Perowskit-Solarzellen mit triboelektrischen Nanogeneratoren in einer Dünnschichtkonfiguration kombiniert und damit die Machbarkeit der Implementierung beider Energiegewinnungssysteme demonstriert“, sagte Carmen Lopez, eine Forscherin am ICMS, die an der Arbeit beteiligt war, in der Pressemitteilung.
Nützlich für IoT und Sensoren
Herkömmliche Solarzellen funktionieren hervorragend, wenn die Sonne scheint. An bewölkten Tagen sinken jedoch ihre Leistung und ihr Ertrag. In Teilen der Welt, in denen es häufig regnet, kann dies ein großes Hindernis für ihre Einführung darstellen.
Durch die Entwicklung eines Geräts, das sowohl bei Regen als auch bei Sonnenschein funktioniert, haben die ICMS-Forscher dazu beigetragen, Probleme der Energieautonomie in einer Vielzahl von Anwendungen zu überwinden.
Die Forscher gehen davon aus, dass ihre Innovation dazu beitragen könnte, eine Vielzahl von Geräten, wie z. B. LED-Schaltungen, auch unter Wasser mit Strom zu versorgen und Perowskit-Solarzellen bei Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit zu schützen.
„Unsere Forschung unterstreicht das Potenzial von Beschichtungen, die mit Plasmatechniken aufgebracht werden, als multifunktionale Lösung, die empfindliche Energiegeräte schützt und Systeme entwickelt, die Energie aus verschiedenen Umweltquellen gewinnen können, wie z. B. hybride Solar-Regen-Paneele, die als Regenpaneele bekannt sind“, schrieben die Forscher in einer Veröffentlichung.
Die Forschung könnte auch dazu beitragen, Außensensoren für Megastrukturen wie Brücken und Umweltsensoren für Wettervorhersagen oder die Präzisionslandwirtschaft mit Strom zu versorgen. Auch die Internet-of-Things-Branche (IoT) dürfte von dieser Forschung profitieren.
Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nano Energy veröffentlicht.
