可同时以太阳能和雨水发电的装置

这是来自塞维利亚材料科学研究所（ICMS）的研发团队，该所是西班牙国家科研委员会（CSIC）与塞维利亚大学（US）共建的联合研究中心，其研究团队开发出一种新型混合装置，可同时收集来自太阳和雨水的能源。这是一种由研究人员开发并获得专利的薄膜，不仅能保护并提高钙钛矿太阳能电池在恶劣气候条件下的耐用性，还能让纳米发电机在单滴水珠的撞击下产生超过100伏的电压，足以为小型便携设备供电。

卤化物钙钛矿太阳能电池是一种光伏装置，由具有晶体结构并具优异光吸收性能的合成材料组成；尽管硅基技术仍是目前最常用的方案，钙钛矿技术凭借其高效率和低成本，具有革新光伏能源领域的巨大潜力。然而，其在环境条件下容易降解或不稳定，是需要克服的缺点之一。为应对这一挑战，ICMS研究团队采用等离子体技术，在太阳能电池表面沉积一层约100纳米厚的保护膜；一方面该系统可充当封装剂，从化学层面保护钙钛矿电池，并在光学上优化其吸光能力；另一方面，该薄膜表面具有摩擦起电特性（即通过摩擦或接触产生电荷），而将雨滴动能转化为电流。

研究结果显示，这种新材料在单滴雨水撞击下可产生高达110伏的电压，足以驱动小型便携式设备。这些涂层除采用可持续技术以实现可规模化生产之外，该涂层还在浸水等极端环境下表现出显著的稳定性，能持续为LED电路等简单电子设备供电，并使太阳能电池板得以抵御与湿度温度循环相关的环境应力条件。

ICMS研究员卡门·洛佩斯（Carmen López）解释道：“我们的研究提出一种先进方案，将钙钛矿太阳能电池的光伏技术与薄膜结构的摩擦纳米发电机相结合，从而证明两种能量采集系统协同实现的可行性。”

為减少电池依赖，鉴于传统电池的局限性以及太阳能板在阴天效率下降问题，这项技术研发成果旨在提出一种基于“太阳雨水共生”的创新解决方案。其目标是为便携式和无线电子设备提供能源自主性，使其在晴天和雨天都能持续运行。

作者指出，所开发的装置对整个物联网（IoT）相关产业具有重要创新意义，例如环境传感器（湿度、降雨、污染）、结构传感器（桥梁、建筑）、气象站以及精准农业等领域。

ICMS研究员费尔南多·努涅斯（Fernando Núñez）指出：“这种装置在智慧城市中具有可行性，如信号系统、自主辅助照明或监测系统，因为它能抵御恶劣天气条件下受到雨水、湿度和热循环的影响，同时也适用于分布在人迹罕至或偏远地区的能源观测站设备，如海洋观测站。”

这项科研提供一种创新思路，为开发面向户外应用的自主且高效的电子系统开辟新路径。研究人员总结道：“我们的研究突显了等离子体技术沉积涂层作为多功能解决方案的潜力，它既能保护敏感的能源设备装置，又开发出能够从多种环境来源收集能量的系统，如被称为‘雨面板’（rain panel）的太阳雨水混合面板能源收集系统。”

这些研究成果得益于由欧洲研究委员会（ERC Starting Grant）资助的“3DScavenegrs”项目，以及由“下一代”（Next Generation）基金共同资助的“Drop Ener”项目。这些项目的推动使得受保护雨滴摩擦纳米发电机得以研發，并通过“能量采集装置”“Energy Harvesting Device”专利而实现其研究成果。