Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales (ICMS) de Sevilla, España, han desarrollado una célula híbrida que convierte simultáneamente la radiación solar y el impacto de las gotas de lluvia en electricidad. Mientras que el componente de perovskita se basa en el efecto fotovoltaico, la conversión de gotas de lluvia en electricidad utiliza el efecto triboeléctrico.
El efecto triboeléctrico se produce cuando dos materiales diferentes entran en contacto y luego se separan, generando una carga eléctrica. Los electrones se transfieren entre los materiales durante el contacto, dejando una diferencia de carga cuando se separan, lo que produce un voltaje eléctrico. Por ejemplo, cuando una gota de agua golpea una superficie polimérica adecuada, el contacto y el posterior flujo o desprendimiento crean una separación de carga que puede recogerse como un pulso eléctrico a través de electrodos.
La innovación clave del equipo es una capa de polímero fluorado, conocida como «capa CFₓ», que realiza múltiples funciones. Encapsula y protege la capa de perovskita de la humedad, aumenta la hidrofobicidad de la superficie para reducir la interacción con el agua y presenta propiedades triboeléctricas. Es importante destacar que mantiene una alta transparencia óptica de más del 90 %, lo que garantiza que no se vea comprometido el rendimiento fotovoltaico.
La capa CFₓ se deposita a temperatura ambiente al vacío utilizando tecnología de plasma. Según los investigadores, el recubrimiento deja el rendimiento de las células solares prácticamente sin cambios, y las mejores células alcanzan una eficiencia del 17,9 %.
Para la generación de energía triboeléctrica, se optimizó la composición química de la capa CFₓ. En una variante, el generador impulsado por gotas de lluvia alcanzó voltajes de circuito abierto de hasta 110 V y una densidad de potencia máxima de aproximadamente cuatro mW/m2.
El recubrimiento no afecta al rendimiento de las células solares. En una configuración híbrida que combina la generación fotovoltaica y triboeléctrica, el sistema alcanzó una densidad de corriente de cortocircuito de 11,6 mA/m2 con una iluminación de 0,5 soles. También se midieron picos de voltaje de hasta 12 V por gota impactante.
En un demostrador, la célula solar híbrida de perovskita se utilizó para cargar un supercondensador, con un convertidor elevador especialmente desarrollado que permitía el funcionamiento continuo de una tira de LED rojos. Los autores señalan que la velocidad de carga viene determinada principalmente por la célula solar, mientras que el generador triboeléctrico proporciona una contribución complementaria. Aún no se sabe con certeza si este concepto podrá ampliarse más allá de los prototipos de laboratorio.
Este trabajo forma parte del proyecto 3DScavengers, financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC Starting Grant), y del proyecto Drop Ener, cofinanciado por el Fondo Next Generation de la Unión Europea.
Los investigadores publicaron sus hallazgos en «Water-resistant hybrid perovskite solar cell – drop triboelectric energy harvester» (Célula solar híbrida de perovskita resistente al agua: recolector de energía triboeléctrica por goteo), publicado en Nano Energy.
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