دستگاهی که از خورشید و باران انرژی می‌گیرد

پژوهشگران با اتصال یک نانوژنراتور شفاف به یک سلول خورشیدی سیلیکونی، دستگاهی ساخته‌اند که انرژی خورشیدی را در شرایط آفتابی و انرژی مکانیکی را در شرایط بارش باران برداشت می‌کند. این قابلیت دوگانه می تواند برداشت انرژی در شرایط آب‌وهوایی متنوع‌تری فراهم کند. یوگیانگ لیو و همکارش، جزو پژوهشگران دانشگاه چینی سوچو هستند و مقاله‌ی خود را در خصوص این موضوع منتشر کرده‌اند.

دستگاه هیبریدی ساخته‌شده توسط این دو پژوهشگر ترکیبی از یک سلول خورشیدی معمول سیلیکونی و یک نانوژنراتور تریبوالکتریک TENG است که انرژی مکانیکی حاصل از ریزش قطرات باران را به انرژی الکتریسیته تبدیل می‌کند. در پژوهش‌های قبلی نشان داده شده است که این دو دستگاه تنها با یک سیم اضافه قابلیت اتصال به یکدیگر دارند؛ اما در طراحی جدید، این دو دستگاه با استفاده از یک الکترود مشترک یکپارچه شده‌اند. زن ون به‌عنوان یکی از نویسندگان مقاله می‌گوید:

بزرگ‌ترین دستاورد این کار، ساخت یک ژنراتور یکپارچه است که تنها از یک الکترود مشترک بین سلول خورشیدی و نانوژنراتور استفاده می‌کند. در مقایسه با کارهای قبلی، دستگاه جدید طراحی ساده‌تری دارد و استفاده از الکترود مشترک، تعداد لایه‌های عملکردی را کاهش داده که همین امر بازدهی خروجی آن را به شکل قابل توجهی افزایش داده است.

فایده‌ی استفاده از الکترود مشترک فقط به طراحی جمع‌وجور این دستگاه محدود نمی‌شود؛ بلکه این نوع طراحی به سلول خورشیدی کمک می‌کند که توسط TENG محافظت شود و مانع نفوذ آب به سیلیکون می‌شود. از طرفی، سطح منسوج الکترود تا حد زیادی مانع انعکاس نور می‌شود و برداشت نور را بیشتر می‌کند. علاوه بر این، چنین سطحی باعث ایجاد سطح تماس بیشتری می‌شود که همین امر عملکرد نانوژنراتور را بهبود می‌بخشد.

یکی از چالش‌هایی که در این میان باید مورد توجه قرار بگیرد، این است که سلول‌های خورشیدی و TENG نمی‌توانند هم‌زمان عمل کنند. ون در این خصوص می‌گوید:

با توجه به طراحی الکترود مشترک، سلول خورشیدی و نانوژنراتور نمی‌توانند با هم کار کنند. بنابراین چنانچه در یک روز آفتابی شاهد ریزش باران باشیم، باید یکی از توابع دستگاه را غیر فعال کنیم. با این حال فکر نمی‌کنم چنین شرایطی را زیاد تجربه کنیم.

 پژوهشگران قصد دارند در آینده، این دستگاه هیبریدی را با لباس الکترونیکی یکپارچه کنند. ون می‌گوید:

با توجه به طراحی منحصربه‌فرد، این دستگاهِ برداشت انرژی از وزن سبک و راندمان بالایی برخوردار است. آرزوی من این است که لباس‌هایی تولید کنیم که بتوانند از آفتاب و باران برق تولید کنند و از این برق در دستگاه‌های پوشیدنی استفاده کنیم.