Un gruppo di ricerca dell’Institute of Materials Science of Seville (ICMS), centro congiunto del Consiglio Nazionale delle Ricerche spagnolo (CSIC) e dell’Università di Siviglia, ha sviluppato un dispositivo ibrido in grado di produrre energia sfruttando contemporaneamente luce solare e pioggia. Il sistema si basa su un film ultrasottile brevettato che protegge le celle solari in perovskite e al tempo stesso consente di generare elettricità dall’impatto delle gocce d’acqua.
La soluzione integra quindi due tecnologie di raccolta energetica: il fotovoltaico tradizionale e i nanogeneratori triboelettrici, dispositivi capaci di convertire l’energia meccanica – in questo caso quella generata dalla caduta delle gocce di pioggia – in corrente elettrica.
Le celle solari in perovskite alogenuro sono dispositivi fotovoltaici basati su materiali sintetici con struttura cristallina caratterizzati da un’elevata capacità di assorbimento della luce. Negli ultimi anni sono considerate una delle tecnologie più promettenti per il futuro del fotovoltaico grazie a efficienze elevate e costi di produzione potenzialmente inferiori rispetto al silicio.
Uno dei limiti principali di questa tecnologia riguarda però la stabilità nel tempo. Umidità, variazioni di temperatura e condizioni ambientali avverse possono infatti accelerare il degrado dei materiali.
Per affrontare questo problema, i ricercatori dell’ICMS hanno sviluppato un rivestimento protettivo di circa 100 nanometri depositato tramite tecnologie al plasma. Il film svolge due funzioni: da un lato agisce come incapsulante chimico che protegge le celle, dall’altro migliora le proprietà ottiche del sistema aumentando la capacità di assorbire luce.
Oltre alla funzione protettiva, la superficie del rivestimento possiede caratteristiche triboelettriche. Questo significa che genera carica elettrica quando entra in contatto con altri materiali o quando subisce attrito.
Nel caso del dispositivo sviluppato dai ricercatori spagnoli, l’impatto di una singola goccia di pioggia può produrre fino a 110 volt, una quantità di energia sufficiente ad alimentare piccoli dispositivi elettronici portatili o circuiti LED.
I test indicano inoltre che il rivestimento mantiene una buona stabilità anche in condizioni ambientali estreme, come immersione prolungata in acqua o cicli di stress legati a variazioni di temperatura e umidità. Secondo i ricercatori, questa configurazione dimostra la possibilità di combinare efficacemente celle solari in perovskite e nanogeneratori triboelettrici in un unico dispositivo a film sottile.
Il progetto mira a rispondere a uno dei limiti dei sistemi energetici portatili: la dipendenza dalle batterie tradizionali e il calo di rendimento dei pannelli fotovoltaici nelle giornate nuvolose o piovose. Una tecnologia in grado di sfruttare sia la radiazione solare sia l’energia cinetica della pioggia potrebbe infatti garantire maggiore autonomia energetica ai dispositivi wireless utilizzati all’aperto.
Tra gli scenari applicativi citati dal team figurano sensori ambientali per monitoraggio di umidità, precipitazioni o inquinamento, sensori strutturali installati su ponti o edifici, stazioni meteorologiche autonome e sistemi per l’agricoltura di precisione.
La tecnologia potrebbe inoltre trovare impiego in contesti urbani, ad esempio per segnaletica intelligente, illuminazione ausiliaria autonoma o sistemi di monitoraggio distribuiti nelle cosiddette smart city. Un ulteriore ambito di utilizzo riguarda installazioni in aree remote o difficilmente accessibili, come piattaforme marine o stazioni di rilevamento isolate.