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.
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.
