Célula solar híbrida de perovskita gera energia a partir do sol e da chuva

Dispositivo com energia da chuva gera até 110 V por gota: nova célula de perovskita funciona no sol e na tempestade e pode alimentar sensores, LED e dispositivos da Internet das Coisas.

Pesquisadores desenvolveram uma célula solar híbrida de perovskita, combinando os efeitos fotovoltaico e tribo elétrico, capaz de gerar eletricidade tanto da luz solar quanto da energia cinética das gotas de chuva. A tecnologia utiliza uma camada especial de polímero que resiste à água e converte o impacto das gotas em energia, operando dia e noite, até mesmo em tempestades.

Detalhes Técnicos e Funcionamento

Captação Híbrida: A célula solar utiliza a tecnologia de perovskita para luz solar e, simultaneamente, incorpora nano geradores tribo elétricos (TENGs) para converter a energia mecânica das gotas de chuva em eletricidade.

Eficiência e Potência: O sistema demonstra alto desempenho, com algumas pesquisas indicando a geração de até 110 V por gota de chuva em condições ideais, oferecendo uma solução energética contínua.

Estrutura: Uma camada de polímero fluorado, como o CF_x, é usada para proteger a perovskita da umidade e aumentar a eficiência na captação da energia da chuva.

Versatilidade: Além da chuva, o mecanismo tribo elétrico pode ser aplicado em pisos, roupas inteligentes e outras superfícies, transformando movimentos em energia elétrica.

Essa inovação no campo da energia renovável visa reduzir a dependência de baterias, fornecendo energia contínua e superando as limitações da luz solar em dias chuvosos ou nublados.

Pesquisadores desenvolveram uma célula solar híbrida de perovskita que gera eletricidade a partir da luz solar e das gotas de chuva, utilizando os efeitos fotovoltaico e triboelétrico. Uma camada de polímero fluorado CFₓ proporciona resistência à água, captação de energia triboelétrica e alta transparência à luz sem reduzir a eficiência da célula solar.

Pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Materiais (ICMS) em Sevilha, Espanha, desenvolveram uma célula híbrida que converte simultaneamente a radiação solar e o impacto de gotas de chuva em eletricidade. Enquanto o componente de perovskita se baseia no efeito fotovoltaico, a conversão de gotas de chuva em eletricidade utiliza o efeito triboelétrico.

O efeito triboelétrico ocorre quando dois materiais diferentes entram em contato e se separam, gerando uma carga elétrica. Os elétrons são transferidos entre os materiais durante o contato, deixando uma diferença de carga quando se separam, o que produz uma voltagem elétrica. Por exemplo, quando uma gota de água atinge uma superfície polimérica adequada, o contato e o subsequente escoamento ou desprendimento criam uma separação de cargas que pode ser aproveitada como um pulso elétrico por meio de eletrodos.

A principal inovação da equipe é uma camada de polímero fluorado, conhecida como “camada CFₓ”, que desempenha múltiplas funções. Ela encapsula e protege a camada de perovskita da umidade, aumenta a hidrofobicidade da superfície para reduzir a interação com a água e exibe propriedades triboelétricas. É importante ressaltar que ela mantém uma alta transparência óptica, superior a 90%, garantindo que o desempenho fotovoltaico não seja comprometido.

A camada de CFₓ é depositada à temperatura ambiente sob vácuo, utilizando tecnologia de plasma. De acordo com os pesquisadores, o revestimento deixa o desempenho das células solares praticamente inalterado, com as melhores células atingindo uma eficiência de 17,9%.

Para a geração de energia triboelétrica, a composição química da camada de CFₓ foi otimizada. Em uma das variantes, o gerador acionado por gotas de chuva atingiu tensões de circuito aberto de até 110 V e uma densidade de potência máxima de cerca de quatro mW/m².

O revestimento não afeta o desempenho das células solares. Em uma configuração híbrida que combina geração fotovoltaica e triboelétrica, o sistema atingiu uma densidade de corrente de curto-circuito de 11,6 mA/m² com 0,5 sóis de iluminação. Picos de tensão de até 12 V por gota impactante também foram medidos.

Em um protótipo, a célula solar híbrida de perovskita foi usada para carregar um supercapacitor, com um conversor especialmente desenvolvido permitindo a operação contínua de uma fita de LED vermelha. Os autores observam que a velocidade de carregamento é determinada principalmente pela célula solar, enquanto o gerador triboelétrico fornece uma contribuição complementar. Resta incerto se esse conceito pode ser escalado além de protótipos de laboratório.

Tecnologia Solar Híbrida: Eletricidade da Chuva Revoluciona Setor Renovável

Este trabalho faz parte do projeto 3DScavengers, financiado pelo Conselho Europeu de Pesquisa (ERC Starting Grant), e do projeto Drop Ener, cofinanciado pelo Next Generation Fund.

Os pesquisadores publicaram suas descobertas em “Water-resistant hybrid perovskite solar cell – drop triboelectric energy harvester”, publicado na revista Nano Energy. (pv-magazine-brasil)