Un gruppo dell’Institute of Materials Science of Seville, struttura congiunta del CSIC e dell’Università di Siviglia, ha messo a punto una soluzione ibrida che recupera energia sia dalla radiazione solare sia dall’acqua piovana. Alla base della novità c’è un film ultrasottile depositato con tecniche al plasma che funge da barriera protettiva per le celle solari in perovskite alogenuro e, contemporaneamente, possiede superfici con proprietà triboelettriche in grado di generare carica elettrica quando vengono sollecitate dalle gocce di pioggia.
Le celle perovskite sono apprezzate per la loro elevata capacità di assorbire luce e per il potenziale di efficienza a costi più bassi rispetto al silicio. Tuttavia, la loro criticità principale è la stabilità nel tempo: umidità, escursioni termiche e agenti atmosferici possono accelerare il degrado.
Il nuovo rivestimento nasce proprio per ovviare a questi problemi, offrendo al contempo una doppia funzione energetica che integra il classico fotovoltaico e sistemi di raccolta meccanica dell’energia.
Il rivestimento ibrido e il principio operativo
Il cuore della tecnologia è un film di circa 100 nanometri applicato sopra le celle. Questo strato, realizzato mediante deposizione al plasma, agisce come un vero e proprio incapsulante chimico che protegge i materiali sensibili e migliora le proprietà ottiche del dispositivo, aumentando l’assorbimento della luce. In parallelo, la superficie è stata progettata per esibire caratteristiche triboelettriche: al contatto con le gocce d’acqua, si genera una separazione di carica che può essere raccolta e trasformata in elettricità utile, integrando così la produzione fotovoltaica.
Meccanismo dei nanogeneratori triboelettrici
I nanogeneratori triboelettrici sono dispositivi che convertono energia meccanica in energia elettrica sfruttando il contatto e lo stacco tra superfici diverse; in questo caso la sollecitazione è fornita dall’impatto delle gocce di pioggia. Questo approccio consente di ottenere impulsi di tensione elevati: i test condotti dal team indicano che l’impatto di una singola goccia può generare fino a 110 volt, valore sufficiente ad alimentare piccoli dispositivi portatili, circuiti LED o sensori remoti, soprattutto se integrato con sistemi di accumulo o gestione dell’energia.
Processi di deposizione e materiali
La scelta della tecnica di deposizione è cruciale: il metodo al plasma permette di ottenere un film uniforme con spessore controllato e buone proprietà di adesione. Il rivestimento svolge anche una funzione ottica, riducendo riflessioni e migliorando l’incidenza della luce sulle celle in perovskite.
I materiali utilizzati sono studiati per garantire compatibilità con la tecnologia fotovoltaica sottostante e per mantenere le proprietà triboelettriche necessarie a convertire l’energia cinetica delle gocce.
Prestazioni e durabilità
I ricercatori hanno testato la resistenza del film in scenari severi: immersioni prolungate in acqua, cicli ripetuti di umidità e temperatura e stress ambientali hanno dimostrato una buona tenuta del rivestimento. Questi risultati sono importanti perché affrontano la vulnerabilità delle celle perovskite all’acqua e alle condizioni climatiche avverse, mostrando come sia possibile combinare protezione e rendimento. La configurazione dimostra che un singolo dispositivo a film sottile può continuare a generare energia anche in giornate nuvolose o piovose, quando la produzione fotovoltaica si riduce.
Ridurre la dipendenza dalle batterie e scenari applicativi
La capacità di integrare due forme di raccolta energetica risponde a una necessità pratica: diminuire la dipendenza dalle batterie tradizionali per i sistemi wireless e aumentare l’autonomia di sensori e dispositivi distribuiti. Tra le applicazioni indicate dal team ci sono sistemi di monitoraggio ambientale per umidità, precipitazioni e inquinamento, sensori strutturali per ponti ed edifici, stazioni meteorologiche autonome e soluzioni per l’agricoltura di precisione. Inoltre, il concetto può essere impiegato in contesti urbani per segnaletica intelligente, illuminazione ausiliaria autonoma e reti di monitoraggio nelle smart city, oltre che in installazioni remote come piattaforme marine o stazioni isolate.
Verso impieghi reali e prospettive future
Il lavoro dell’ICMS mette in evidenza come sia possibile accoppiare materiali ad alte prestazioni con strategie di raccolta energetica alternative per ottenere dispositivi robusti e multifunzione. La sfida successiva riguarda l’ottimizzazione della produzione su larga scala, l’integrazione con sistemi di accumulo e la messa a punto di reti energetiche locali che possano sfruttare simultaneamente fotovoltaico e energia dalla pioggia. Se industrializzata, questa tecnologia potrebbe estendere l’autonomia dei sensori distribuiti e contribuire a una maggiore resilienza energetica degli impianti all’aperto.
