Nyckeln i tekniken är en tunn fluorerad polymerfilm, ungefär 130 nanometer tjock, som appliceras ovanpå solcellen med hjälp av plasmateknik. Filmen fyller två funktioner samtidigt: den skyddar den känsliga perovskitmaterialet mot fukt och miljöpåverkan, och den fungerar som en triboelektrisk yta som genererar elektricitet när regndroppar träffar den. Triboelektricitet uppstår när material laddas elektriskt genom kontakt – i det här fallet kontakten mellan vatten och den fluorerade ytan.
Perovskitsolceller absorberar solljus mycket effektivt och kan tillverkas billigare än kiselbaserade solpaneler, men de har hittills haft ett stort problem: de bryts ned snabbt av fukt och värme. Den nya filmen löser delvis det problemet. I tester behöll de inkapslade solcellerna 80 procent av sin ursprungliga prestanda i över 300 timmar under fuktiga förhållanden, jämfört med snabb nedbrytning för oskyddade celler. Cellerna klarade även att sänkas ned i vatten i 15 minuter och fortsätta fungera.
Hybridenheten testades under samtidig belysning och regndroppar i mer än fem timmar utan att tappa prestanda. Solcellsdelen uppnådde en verkningsgrad på upp till 17,9 procent, och regndroppskomponenten genererade toppspänningar på 12 volt per droppe. Nanogeneratorn behöll över 85 procent av sin kapacitet efter mer än 17 000 droppträffar. Som demonstration drev forskarna en LED-belysning med den kombinerade solcells- och regndroppselektriciteten via en spänningsomvandlare.
Tekniken befinner sig i forskningsstadiet och de effektnivåer som regndroppskomponenten genererar räcker bara till att driva småskalig elektronik som sensorer och LED-lampor. Det är alltså inte en ersättning för konventionella solpaneler, utan en teknik som kan göra små, självdrivna elektroniska system möjliga på platser där man behöver ström oavsett väder. Forskarna pekar på tillämpningar inom det som kallas sakernas internet – miljösensorer som mäter fuktighet, nederbörd och föroreningar, struktursensorer för broar och byggnader, väderstationer och precisionsjordbruk.
Forskningen finansierades av Europeiska forskningsrådet (ERC Starting Grant) och spanska statliga forskningsmedel och genomfördes vid materialvetenskapsinstitutet ICMS i Sevilla, som drivs gemensamt av spanska forskningsrådet CSIC och universitetet i Sevilla.
Att solpaneler kan producera elektricitet även när det regnar öppnar för att fler platser och fler tillämpningar kan drivas av fri energi utan batteribyte eller nätanslutning. Sensorer på broar, i jordbruket eller på avlägsna platser som marina stationer kan bli helt självförsörjande – och fortsätta fungera oavsett om solen skiner eller om det regnar.