Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học Vật liệu Seville (ICMS), đơn vị liên kết giữa Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Tây Ban Nha (CSIC) và Đại học Seville (Mỹ), đã thành công tạo ra một thiết bị lai, có thể đồng thời khai thác năng lượng từ ánh nắng và lượng mưa.

Trọng tâm của công nghệ là một lớp màng mỏng đặc biệt đã được cấp bằng sáng chế. Lớp màng này vừa đóng vai trò bảo vệ các tế bào quang điện perovskite, vừa giúp tăng độ bền của chúng trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Chính lớp màng này còn cho phép tích hợp các máy phát điện nano, có khả năng tạo ra hơn 100 volt chỉ từ tác động của một giọt mưa, đủ để vận hành các thiết bị điện tử cầm tay nhỏ.

Perovskite là vật liệu tinh thể tổng hợp hiện được đánh giá là ứng viên tiềm năng thay thế silicon trong công nghệ pin mặt trời. Loại vật liệu này có khả năng hấp thụ ánh sáng hiệu quả, đồng thời có chi phí sản xuất thấp hơn, mở ra triển vọng phát triển các giải pháp năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.

Một trong những thách thức lớn nhất của pin perovskite là dễ bị suy giảm chất lượng khi chịu tác động từ môi trường. Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã ứng dụng công nghệ plasma nhằm tạo ra lớp phủ bảo vệ siêu mỏng, dày khoảng 100 nanomet.

Lớp phủ này thực hiện đồng thời hai chức năng quan trọng: bảo vệ vật liệu khỏi tác động hóa học từ môi trường và tăng khả năng hấp thụ ánh sáng. Đồng thời, bề mặt của lớp phủ còn có tính chất ma sát điện, cho phép chuyển đổi năng lượng cơ học từ các giọt mưa thành điện năng.

Các thử nghiệm cho thấy, chỉ một giọt mưa rơi xuống bề mặt cũng có thể tạo ra tới 110 volt. Bên cạnh đó, lớp phủ này được sản xuất bằng quy trình bền vững, có khả năng mở rộng quy mô và duy trì độ ổn định cao ngay cả khi ngâm hoàn toàn trong nước. Công nghệ cũng chứng minh khả năng cung cấp điện liên tục cho các thiết bị đơn giản như đèn LED, đồng thời giúp tấm pin chịu được các biến động về độ ẩm và nhiệt độ.

Theo bà Carmen López, nhà nghiên cứu tại ICMS, giải pháp này kết hợp hiệu quả công nghệ quang điện perovskite với máy phát điện nano ma sát điện trong một cấu trúc màng mỏng, qua đó chứng minh tính khả thi của việc tích hợp nhiều cơ chế thu hoạch năng lượng trong cùng một thiết bị.

Hướng tới tạo nguồn điện ổn định trong mọi điều kiện thời tiết

Khác với các tấm pin mặt trời truyền thống vốn phụ thuộc nhiều vào ánh nắng và suy giảm hiệu suất khi trời nhiều mây, công nghệ mới tận dụng đồng thời cả nắng và mưa để duy trì nguồn điện ổn định hơn. Đây được xem là bước tiến quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động liên tục cho các thiết bị điện tử ngoài trời.

Nhóm nghiên cứu cho biết, công nghệ này đặc biệt phù hợp với các ứng dụng Internet vạn vật (IoT), như cảm biến môi trường theo dõi độ ẩm, lượng mưa, ô nhiễm không khí; hệ thống giám sát kết cấu công trình; trạm khí tượng hay các mô hình nông nghiệp chính xác.

Ông Fernando Núñez, thành viên nhóm nghiên cứu, nhận định việc triển khai công nghệ trong các đô thị thông minh là hoàn toàn khả thi. Các ứng dụng có thể bao gồm biển báo tự động, hệ thống chiếu sáng phụ trợ hoặc thiết bị giám sát hoạt động độc lập. Ngoài ra, giải pháp này cũng phù hợp với các khu vực xa xôi, hạ tầng điện còn hạn chế như trạm hàng hải hoặc các điểm quan trắc biệt lập.

Không chỉ mang lại cải tiến trong công nghệ pin mặt trời, nghiên cứu này còn đặt nền móng cho các hệ thống điện tử tự cấp nguồn, có khả năng hoạt động bền bỉ ngoài trời.

“Nghiên cứu của chúng tôi nhấn mạnh tiềm năng của các lớp phủ được lắng đọng bằng kỹ thuật plasma như một giải pháp đa chức năng giúp bảo vệ các thiết bị năng lượng nhạy cảm và phát triển các hệ thống có khả năng thu thập năng lượng từ các nguồn môi trường khác nhau, chẳng hạn như các tấm lai năng lượng mặt trời-mưa, hay còn gọi là “tấm pin mưa”, nhóm nghiên cứu cho biết.