Dispositivo que genera electricidad tanto del sol como de la lluvia

Las células o celdas solares de perovskita de haluro son dispositivos fotovoltaicos compuestos por materiales sintéticos con estructura cristalina y excelentes propiedades de absorción de luz solar. A pesar de que la tecnología de silicio es la más utilizada, la de perovskita posee un gran potencial para revolucionar la energía fotovoltaica debido a su alta eficiencia y bajo coste. Sin embargo, su degradación o inestabilidad en condiciones medioambientales es uno de sus máximos inconvenientes.

Un equipo del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Sevilla (US), en España, ha desarrollado un nuevo dispositivo híbrido que permite captar energía procedente tanto del sol como de la lluvia de forma simultánea. Se trata de una lámina delgada creada y patentada por el personal investigador que no solo protege y mejora la durabilidad de las células o celdas solares de perovskita, incluso en condiciones climáticas adversas, sino que, a partir del impacto de gotas de agua al llover, permite generar electricidad suficiente para energizar pequeños dispositivos.

La clave del diseño es una lámina protectora de unos 100 nanómetros que cubre las celdas solares. Por un lado, este sistema actúa como un encapsulante que protege químicamente las celdas de perovskita y mejora ópticamente su capacidad para absorber la luz; y, por otro lado, posee una superficie triboeléctrica (que genera carga eléctrica por rozamiento o contacto) que convierte la energía cinética de las gotas de lluvia en corriente eléctrica.

Los resultados muestran la capacidad del nuevo material para generar, a partir del impacto de las gotas de lluvia, electricidad suficiente para hacer funcionar pequeños dispositivos electrónicos. Además de contar con una producción realizada con técnicas sostenibles y adaptable a escala industrial, los recubrimientos han demostrado una estabilidad notable en entornos extremos como la inmersión en agua, pueden alimentar dispositivos electrónicos sencillos, como circuitos de LEDs, de forma continua, y permiten a los paneles solares resistir condiciones ambientales asociadas a ciclos de estrés de humedad y temperatura.

Día soleado y día lluvioso, situaciones muy distintas para un panel solar convencional, pero capaces ambas de impulsar la producción de electricidad gracias al nuevo dispositivo híbrido. (Fotos: NPS (izquierda) y NASA JPL / Caltech (derecha))

“Nuestro trabajo propone una solución avanzada que combina la tecnología fotovoltaica de celdas solares de perovskita con nanogeneradores triboeléctricos en configuración de lámina delgada, demostrando así la viabilidad de implementar ambos sistemas de captación energética”, explica Carmen López, investigadora del ICMS.

Frente a las limitaciones de las baterías convencionales y la pérdida de eficiencia de los paneles solares en días nublados, este avance tecnológico tiene como objetivo proponer una solución innovadora basada en la simbiosis sol-lluvia. Su finalidad es dotar de autonomía energética a los dispositivos electrónicos portátiles e inalámbricos, lo que permite su funcionamiento continuo tanto en condiciones soleadas como lluviosas.

Los autores de la investigación destacan que el dispositivo desarrollado supone una importante innovación para toda la industria relacionada con la Internet de las Cosas (IoT), como sensores ambientales (humedad, lluvia, contaminación), sensores estructurales (puentes, edificios), estaciones meteorológicas o en la agricultura de precisión.

“Su implementación en las conocidas como ciudades inteligentes es viable, como en la señalización, el alumbrado auxiliar autónomo o la monitorización, ya que resisten condiciones climatológicas adversas y la presencia de lluvia, humedad y ciclos térmicos. También sería aplicable para estructuras de energía distribuidas en zonas remotas poco accesibles o aisladas, como, por ejemplo, en estaciones marinas”, destaca el investigador del ICMS Fernando Núñez.

Núñez y sus colegas exponen los detalles técnicos de su innovación en la revista académica Nano Energy, bajo el título “Water-resistant hybrid perovskite solar cell - drop triboelectric energy harvester”. (Fuente: ICMS / CSIC / US)