16.04.2026

Forscher des Instituts für Materialwissenschaften in Sevilla (ICMS) haben eine neuartige Hybrid-Solarzelle auf Perowskit-Basis entwickelt, die sowohl Sonnenlicht als auch Regen zur Stromerzeugung nutzt. Eine lediglich 100 bis 130 Nanometer dünne Fluorpolymer-Beschichtung dient dabei gleichzeitig als Schutzhülle gegen Feuchtigkeit und als triboelektrischer Nanogenerator, der die kinetische Energie aufprallender Wassertropfen in Elektrizität umwandelt. Ein einziger Regentropfen kann so eine beachtliche Spannung von bis zu 110 Volt erzeugen, was für den Betrieb kleinerer elektronischer Geräte ausreicht. Diese Innovation löst das bisherige Problem der Instabilität von Perowskit-Zellen gegenüber Wasser und ermöglicht eine konstante Energiegewinnung selbst bei bewölktem Himmel. Die Technologie ist besonders vielversprechend für das Internet der Dinge (IoT) sowie für energieautarke Aussensensoren in der Landwirtschaft oder Bauwerksüberwachung. Durch diese effiziente Mehrfachnutzung von Umweltressourcen könnten künftige Solarmodule auch an regenreichen Standorten eine zuverlässige Stromquelle darstellen.

Neuartiges Dünnschicht-System erzeugt gleichzeitig Strom aus Sonnenlicht als auch Regentropfen.

Die Innovation: Energie bei jedem Wetter.

Bisherige Solaranlagen standen vor dem Problem, dass ihre Leistung bei Bewölkung und Regen massiv abfällt, oft auf nur noch 10 bis 20 % der Nennleistung. Die Neuentwicklung aus Spanien adressiert dieses Problem durch eine hybride Konfiguration, die Perowskit-Solarzellen (PSC) mit triboelektrischen Nanogeneratoren (D-TENG) kombiniert. Dieses System ist in der Lage, die kinetische Energie fallender Regentropfen in elektrische Spannung umzuwandeln, während es gleichzeitig die Lichtabsorption der darunterliegenden Solarzelle optimiert. Unter Laborbedingungen konnte ein einzelner Regentropfen eine beachtliche Leerlaufspannung von bis zu 110 Volt erzeugen.

Die Schlüsseltechnologie: CFx-Nanobeschichtung.

Das Herzstück der Innovation ist eine extrem dünne Folie aus fluoriertem Kunststoff (CFx), die chemisch mit Teflon verwandt ist:

• Dimensionen: Die Schicht ist lediglich 100 bis 130 Nanometer dick – das ist etwa 1.000-mal dünner als ein menschliches Haar.
• Herstellung: Die Beschichtung wird mittels plasmagestützter Gasphasenabscheidung (PECVD) bei Raumtemperatur aufgebracht. Dieses Verfahren verzichtet auf Lösungsmittel, welche die empfindlichen Perowskit-Schichten beschädigen könnten.
• Multifunktionalität: Die CFx-Schicht erfüllt drei Aufgaben gleichzeitig:
• Energiewandler: Sie fungiert als triboelektrische Oberfläche für den Regengenerator.
• Schutzkapselung: Sie macht die Zelle wasserabweisend (Kontaktwinkel von ca. 110°) und schützt vor Feuchtigkeit und UV-Strahlung.
• Optische Optimierung: Als Antireflexschicht erhöht sie die Lichtdurchlässigkeit auf über 90 %.

Physikalische Wirkprinzipien.

Das hybride System nutzt zwei unterschiedliche physikalische Effekte:

Photovoltaik (Sonne).

Die Perowskit-Schicht absorbiert Photonen, wodurch Elektron-Loch-Paare entstehen, die über selektive Kontakte (ETL und HTL) abgeleitet werden. Perowskite gelten als Hoffnungsträger, da sie kostengünstig sind und bereits Wirkungsgrade von bis zu 27 % (Einzelzelle) bzw. 34,9 % (Tandem mit Silizium) erreichen.

Triboelektrizität (Regen).

Der D-TENG nutzt den Effekt der Reibungselektrizität. Wenn ein Regentropfen auf die CFx-Oberfläche trifft, kommt es zum Ladungsaustausch zwischen Wasser und Kunststoff. Durch die Bewegung des Tropfens und die daraus resultierende Änderung der Kapazität wird mittels elektrostatischer Induktion ein Stromimpuls erzeugt.

Leistungsdaten und Effizienz.

Die Forschungsergebnisse zeigen ein hohes Potenzial für die praktische Anwendung:

• Elektrische Leistung: Die maximale Leistungsdichte des Regengenerators liegt bei etwa 4 mW/cm² (entspricht ca. 40 W/m²):
• Wirkungsgrad der Solarzelle: Trotz der zusätzlichen Beschichtung behielten die besten Zellen einen Wirkungsgrad von 17,9 % bei. Der Verlust durch die Schicht betrug weniger als 4 %.
• Stabilität: In Langzeittests hielt der Generator mehr als 17.000 Tropfenaufprallen stand und behielt dabei über 85 % seiner Leistung.

© stromzeit.ch*

Triboelektrischer Effekt.

Die CF₂- und CF₃-Gruppen spielen eine entscheidende Rolle für die Effizienz der Regengeneratoren (D-TENG), da sie als hochgradig elektronegative funktionelle Spezies die elektrische Ausbeute maximieren:

• Maximierung des triboelektrischen Effekts: Ein hoher Anteil dieser stark elektronegativen Fluorgruppen in der Nanobeschichtung sorgt dafür, dass der triboelektrische Effekt beim Aufprall eines Regentropfens maximiert wird. Dies liegt an ihrer hohen Elektronenaffinität, die den Ladungsaustausch zwischen dem Wassertropfen und der Oberfläche begünstigt.
• Chemische Optimierung: In den Experimenten des Instituts für Materialwissenschaften in Sevilla (ICMS) wurde die chemische Zusammensetzung der CFₓ-Schicht gezielt optimiert. Eine Schicht, die zu 36,4 % aus (CF₂ + CF₃)-Spezies bestand, lieferte die besten Ergebnisse.
• Erzielung von Rekordwerten: Erst durch diesen hohen Anteil an CF₂- und CF₃-Gruppen konnten die „Champion-Werte“ von bis zu 110 Volt Leerlaufspannung und eine maximale Leistungsdichte von rund 4 mW/cm² bei Regen erreicht werden.
• Oberflächeneigenschaften: Diese Gruppen sind Teil der fluorierten Kunststoffschicht, die mittels Plasmatechnologie aufgebracht wird. Neben der Stromerzeugung tragen sie zur extremen Hydrophobizität (Wasserabweisung) der Oberfläche bei, was das Abperlen der Tropfen erleichtert und die Zelle gleichzeitig vor Feuchtigkeit schützt.

Diese Gruppen fungieren als chemischer „Verstärker“, der die kinetische Energie des Regens effizienter in elektrische Spannung umwandelt, indem er die Oberflächenladung der triboelektrischen Schicht optimiert.

Nanoröhrchen.

In früheren Forschungsansätzen spielten Nanoröhrchen eine zentrale Rolle bei dem Versuch, die Energiegewinnung aus fliessendem Wasser zu optimieren, indem sie die Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Feststoff maximierten. Die theoretische Überlegung dahinter war, dass eine grössere Oberfläche pro Volumen zu einer stärkeren Ladungstrennung und damit zu einem höheren Stromfluss führen würde.

Trotz dieses logischen Ansatzes scheiterten diese Versuche in der Praxis an zwei wesentlichen physikalischen Hindernissen:

• Kapillarkräfte: In den extrem engen Nanoröhrchen wird das Wasser durch die Wechselwirkung mit den Wänden fast festgehalten oder fliesst sogar entgegen der Schwerkraft nach oben. Um das Wasser hindurchzupressen, wären Pumpen nötig, die mehr Energie verbrauchen, als durch die Ladungstrennung gewonnen werden kann.
• Die Debye-Länge: Dieser physikalische Effekt besagt, dass sich die elektrische Doppelschicht, in der die Ionen getrennt werden, nur innerhalb eines Bereichs von wenigen Nanometern bildet. Ausserhalb dieser winzigen Schicht neutralisieren sich die Ladungen bei durchgehendem Wasserfluss sehr schnell wieder, was die Stromausbeute in winzigen Kanälen massiv begrenzt.

Aufgrund dieser Probleme markiert der Übergang von Nanoröhrchen zu grösseren Strukturen einen technologischen Wendepunkt. Neuere Durchbrüche, wie das in den Quellen beschriebene Plug-Flow-Prinzip aus Singapur, verzichten auf Nanostrukturen und nutzen stattdessen Kunststoffröhrchen mit einem Durchmesser von etwa 2 Millimetern. Durch diesen Trick und das spezielle Strömungsmuster aus abwechselnden Wasser- und Luftblasen gelingt es, die physikalische Grenze der Debye-Länge zu umgehen und eine deutlich höhere Energieumwandlungseffizienz von über 10 % zu erreichen.

Energiemanagement für hohe Spannungsspitzen.

Das Energiemanagement für die hohen Spannungsspitzen, die bei der Energiegewinnung aus Regentropfen entstehen, ist eine technische Herausforderung, da diese kurzzeitigen AC-Impulse mit hoher Spannung und geringer Stromstärke mit dem konstanten DC-Niederspannungsstrom der Solarzelle kombiniert werden müssen.

Um diese unterschiedlichen Energieformen nutzbar zu machen, kommen folgende Komponenten zum Einsatz: 

• Gleichrichtung: Da die triboelektrischen Nanogeneratoren (D-TENG) beim Aufprall und Abperlen der Tropfen Wechselstrom (AC) erzeugen, wird eine Vollwellen-Gleichrichterbrücke (Bridge Rectifier) verwendet, um diesen in Gleichstrom (DC) umzuwandeln.
• Schutz vor Rückstrom: Um zu verhindern, dass Strom aus dem TENG-System zurück in die Perowskit-Solarzelle fliesst, wird diese über eine Diode in den Stromkreis eingebunden.
• Zwischenspeicherung: Die gewonnene Energie wird in Kondensatoren oder Superkondensatoren (z. B. 2 µF oder 100 nF) gepuffert. In Experimenten konnte gezeigt werden, dass die Solarzelle den Kondensator deutlich schneller auflädt, während die Regentropfen zusätzliche Ladungsimpulse (ca. 30 mV pro Drop) beisteuern.
• Spannungswandlung (Boosting): Da die Impulse sehr kurz sind, wird ein speziell entwickelter Boost-Converter (Aufwärtswandler) eingesetzt. Dieser transformiert die unregelmässigen Spannungen auf ein stabiles Niveau (z. B. 1,8 V oder 2,5 V), das ausreicht, um Verbraucher wie LED-Arrays dauerhaft oder intermittierend zu betreiben.

Für die praktische Umsetzung verweisen Forscher auf kommerziell erhältliche Energiemanagement-Chips wie den ADP5091 oder den BQ25504, die speziell für das "Energy Harvesting" aus Quellen mit sehr geringen Eingangsströmen (bis zu 1 µA) entwickelt wurden und Spannungen bis zu 5 V bereitstellen können.

Die Forschung zeigt, dass dieses System als „selbstladende“ Konfiguration funktioniert, bei der beide Energiequellen synergetisch zur Aufladung eines Speichers beitragen können.

Für das Energiemanagement der hybriden Regen-Solar-Zellen werden verschiedene elektronische Komponenten benötigt, um die unterschiedlichen Stromarten (Gleichstrom der Solarzelle und gepulster Wechselstrom des Regengenerators) zu verarbeiten und nutzbar zu machen:

• Vollwellen-Gleichrichterbrücke (Full-wave bridge rectifier): Da der triboelektrische Nanogenerator (D-TENG) beim Aufprall und Abperlen der Tropfen Wechselstrom (AC) erzeugt, ist dieser Gleichrichter notwendig, um ihn in für elektronische Geräte nutzbaren Gleichstrom (DC) umzuwandeln.
• Sperrdiode (Diode): Diese wird am Ausgang der Perowskit-Solarzelle (PSC) platziert, um zu verhindern, dass Strom aus dem Regengenerator in die Solarzelle zurückfliesst (Back-current). In der Forschung wurden hierfür speziell Ultra-Low-Leakage-Dioden (z. B. aus der BAS45A-Familie) verwendet, um Leistungsverluste zu minimieren.
• Kondensatoren oder Superkondensatoren: Diese dienen als Zwischenspeicher, um die unregelmässigen Energieimpulse der Regentropfen zu puffern. In den Experimenten wurden Kapazitäten von 100 nF und 2 µF für Tests sowie Superkondensatoren für die Energiespeicherung eingesetzt.
• Boost-Converter (Aufwärtswandler): Da die Spannungsimpulse zwar hoch (bis zu 110 V), aber sehr kurz sind, wird ein speziell entwickelter Wandler benötigt, um die Spannung auf ein stabiles Niveau (z. B. 1,8 V oder 2,5 V) für Verbraucher wie LED-Arrays anzuheben.
• Integrierte Energiemanagement-Chips (PMICs): Für eine kommerzielle Anwendung eignen sich spezialisierte Chips, die für das "Energy Harvesting" aus Quellen mit geringsten Strömen optimiert sind. Die Quellen nennen hierbei beispielhaft:
• ADP5091 (Analog Devices): Unterstützt Eingangsspannungen ab 0,38 V.
• BQ25504 (Texas Instruments): Kann Spannungen ab 0,1 V auf bis zu 5,5 V wandeln.

Für den Aufbau von Prototypen wurden zudem Standardkomponenten wie Kupferdrähte, Leitsilber-Epoxid zur Kontaktierung und Steckplatinen (Protoboards) für die Testschaltungen verwendet.

Teflon-ähnliche Beschichtung (CFx).

Die nanometerdünne, Teflon-ähnliche Beschichtung (CFx) spielt eine entscheidende multifunktionale Rolle beim Schutz von Perowskit-Solarzellen, die als besonders anfällig gegenüber Umwelteinflüssen gelten. Ihre Schutzfunktionen lassen sich in folgende Bereiche unterteilen:

Schutz vor Feuchtigkeit und Wasser.

• Perowskit-Materialien reagieren extrem empfindlich auf Feuchtigkeit und können sich bei Kontakt mit Wasser innerhalb von Minuten zersetzen.
• Hydrophobizität: Die CFx-Schicht ist stark wasserabweisend und verdoppelt den Kontaktwinkel für Wassertropfen auf etwa 110°.
• Versiegelung: Sie wirkt als Kapselung, die die chemische Struktur der Zelle trocken hält und vor Hydrolyse schützt.
• Unterwasser-Stabilität: Dank dieser Schutzschicht können die Zellen sogar einen simulierten Tauchgang von 15 Minuten in flüssigem Wasser unbeschadet überstehen.

Chemische Barriere für die Kapselung.

Ein grosses Problem in der Forschung war bisher, dass herkömmliche Versiegelungsmaterialien wie Epoxidharze chemisch mit den Ladungstransportschichten (insbesondere Spiro-OMeTAD) der Perowskit-Zelle reagieren und diese zerstören:

• Pufferschicht: Die CFx-Schicht dient als chemisch inerte Zwischenschicht, die den direkten Kontakt zwischen dem aggressiven flüssigen Harz und den empfindlichen Zellschichten verhindert.
• Langzeitstabilität: In Kombination mit Epoxidharz ermöglicht dieser „Doppelschutz“ eine Stabilität von über 300 Stunden unter feuchten Bedingungen.

Schutz vor Strahlung und Temperatur.

UV-Blocker: Die Beschichtung blockiert schädliche UV-Strahlung (insbesondere UVB und UVC), die normalerweise den Abbau des Perowskit-Materials beschleunigen würde.

Thermische Beständigkeit: Sie hilft der Zelle, starken Temperaturschwankungen und thermischen Zyklen im Ausseneinsatz standzuhalten.

Mechanische Robustheit und Optik.

Trotz ihrer geringen Dicke von nur 100 bis 130 Nanometern (etwa 1.000-mal dünner als ein menschliches Haar) ist die Schicht mechanisch widerstandsfähig.

• Erosionsschutz: Sie weist eine hohe Beständigkeit gegen die kinetische Energie aufprallender Regentropfen auf und bleibt auch nach über 17.000 Tropfenaufschlägen intakt.
• Optische Transparenz: Die Schicht beeinträchtigt die Solarleistung kaum, da sie zu über 90 % transparent ist und sogar als Antireflexionsschicht fungiert, welche die Lichtabsorption der Zelle leicht erhöht.

Diese transformiert die Perowskit-Zelle mit der Nanobeschichtung von einem fragilen Laborelement in eine robuste Allwettermaschine, indem sie deren „Achillessehne“ – die mangelnde Umweltstabilität – adressiert.

Die Nanobeschichtungen (CFx-Schichten) befinden sich aktuell noch im Stadium der Laborforschung und wurden noch nicht über Jahrzehnte unter realen Aussenbedingungen getestet. Dennoch liefern die vorliegenden Langzeit-Stabilitätstests und mechanischen Belastungsproben aus den Quellen bereits konkrete Anhaltspunkte zur Haltbarkeit:

Mechanische Belastbarkeit (Regenerosion).

Die Beschichtungen zeigen eine beachtliche Widerstandsfähigkeit gegenüber der mechanischen Einwirkung von Regen:

• Tropfenaufprall: In Dauertests behielten die Nanogeneratoren nach mehr als 17.000 Tropfenaufprallen noch über 85 % ihrer ursprünglichen Leistung. Zur Einordnung: 17.000 Tropfen auf einem Quadratzentimeter entsprechen in etwa der Regenmenge von mehreren Jahren.
• Erosionsbeständigkeit: Die Schichten halten Aufschlägen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 165 m/s stand, bevor sichtbare Schäden auftreten. Da die Fallgeschwindigkeit von natürlichem Regen normalerweise unter 10 m/s liegt, bietet die Beschichtung hier eine hohe Sicherheitsreserve.
• Härte: Durch das Plasma-Herstellungsverfahren entsteht ein hochvernetztes Polymernetzwerk, das steifer und resistenter gegen Verformung ist als herkömmliches Teflon (PTFE).

Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse.

Die Dauerhaftigkeit der gesamten Zelle unter simulierten Aussenbedingungen wurde durch verschiedene Stress-Szenarien geprüft:

• Feuchtigkeit und Licht: Unter kombinierter Belastung von Licht und 50 % Luftfeuchtigkeit blieben mit Epoxy-Harz versiegelte Hybridzellen über mehr als 300 Stunden stabil. Ohne diese zusätzliche Versiegelung sank die Leistung bei 100 % Luftfeuchtigkeit bereits nach etwa 32 bis 65 Stunden deutlich ab.
• Extreme Hitze und Nässe: Selbst bei 100 °C und gleichzeitig hoher Luftfeuchtigkeit (80 %) zeigten die gekapselten Zellen eine verbesserte Haltbarkeit und hielten über 170 Stunden durch, wobei sie etwa 25 % ihrer Effizienz stabil beibehielten.
• Unterwasser-Einsatz: Die Beschichtung ist so dicht, dass die Zellen sogar ein 15-minütiges vollständiges Untertauchen in Wasser ohne sofortigen Totalausfall überstanden.

Herausforderungen für die kommerzielle Langlebigkeit.

Trotz der vielversprechenden Laborwerte gibt es noch Hürden für den echten Ausseneinsatz über 20 bis 25 Jahre (den Standard für heutige Solarmodule):

• Degradationsmechanismen: Bei Temperaturwechseln können im Nanomassstab Prozesse wie Ionenmigration oder Materialentmischung auftreten, die die Zelle schleichend verschlechtern.
• Elektrodenkorrosion: Die oberen Elektroden sind dem Regen direkt ausgesetzt, was langfristig zu Erosion und Korrosion der feinen Metallkontakte führen kann.
• Ladungssättigung: Bei dauerhaftem Regen kann die triboelektrische Leistung durch Sättigung der Oberflächenladungen leicht abnehmen; die Oberflächen müssen dann zwischendurch trocknen, um sich zu regenerieren.

Perowskit-Solarzellen.

Perowskit-Solarzellen gelten als die vielversprechendste Alternative zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen, da sie in mehreren Schlüsselbereichen deutliche Vorteile bieten. Hier sind die wichtigsten Vorteile im Detail:

• Höherer Wirkungsgrad: Perowskit-Materialien versprechen eine höhere Energieumwandlungseffizienz als konventionelle Solarzellen. Während Silizium-Zellen an ihre theoretischen Grenzen stossen, wurden für Perowskit-Einzelzellen bereits Wirkungsgrade von 27 % (Stand 2025) zertifiziert.
• Kombinationsfähigkeit (Tandem-Zellen): Ein herausragender Vorteil ist die Möglichkeit, Perowskit mit Silizium in sogenannten Tandem-Solarzellen zu kombinieren. Diese erreichen Rekordwirkungsgrade von bis zu 34,9 %, womit sie die theoretischen Limits von reinen Silizium-Einzelzellen weit überschreiten:
• Geringere Kosten: Perowskite sind aufgrund niedriger Materialkosten und einer kostengünstigeren Herstellung im Vergleich zu Silizium-Solarzellen eine bevorzugte Wahl. Ihr Potenzial für eine hohe Preiswettbewerbsfähigkeit macht sie für die industrielle Nutzung besonders attraktiv.
• Flexibilität und Leichtigkeit: Im Gegensatz zu den starren Silizium-Wafern sind Perowskit-Technologien mit flexiblen Konfigurationen kompatibel. Dies ermöglicht neue Einsatzgebiete, wie zum Beispiel die Integration in Kleidung oder tragbare Geräte.
• Vielseitigkeit in Hybrid-Systemen: Die Quellen betonen zudem, dass Perowskit-Zellen (trotz ihrer Sensibilität gegenüber Feuchtigkeit) erfolgreich in neuartige hybride Dünnschicht-Systeme integriert werden können, die gleichzeitig Sonnenenergie und die Energie von Regentropfen ernten.

Trotz dieser Vorteile bleibt die langfristige Stabilität unter realen Umweltbedingungen (wie Feuchtigkeit und UV-Licht) die grösste Herausforderung für Perowskit-Zellen im Vergleich zum etablierten Silizium. Innovative Beschichtungen, wie die in den Quellen beschriebene 100 bis 130 Nanometer dünne CFx-Schicht, zielen jedoch darauf ab, diese Haltbarkeitsprobleme zu lösen.

Perowskit-Solarzellen weisen im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Technologien ein überlegenes Schwachlichtverhalten auf, was sie besonders effizient für den Einsatz an bewölkten oder regnerischen Tagen macht:

• Höherer Ertrag bei diffusem Licht: Während die Leistung konventioneller Photovoltaik-Systeme bei Bewölkung und Streulicht massiv auf etwa 10 bis 20 % der Nennleistung abfallen kann, sind moderne Hochleistungs-Zellen (wie Perowskit-Hybride) darauf ausgelegt, dieses Problem zu minimieren. In bestimmten Schwachlichtsituationen können sie bis zu dreimal mehr Strom liefern als konventionelle Technik.
• Spannungsstabilität bei extremer Dunkelheit: Perowskit-Zellen können selbst unter extremen Bedingungen, wie zum Beispiel bei Mondlicht, noch eine Leerlaufspannung aufrechterhalten. Dies liegt an einer geringeren Ladungsträger-Rekombination, wodurch Ladungen an den Elektroden über längere Zeiträume gespeichert bleiben können.
• Eignung für ungünstige Jahreszeiten: Aufgrund dieser Eigenschaften gelten Perowskit-Technologien als ideal für die Stromgewinnung im Herbst, Frühling und Winter, wenn die direkte Sonneneinstrahlung gering ist.
• Vorteile in Hybrid-Systemen: Die Forschung zeigt, dass die Nutzung von Perowskit-Materialien gerade für Anwendungen attraktiv ist, bei denen niedrige Lichtintensitäten und diffuses Licht vorherrschen, da sie auch unter Bedingungen funktionieren, die mit regnerischem Wetter kompatibel sind.

Perowskit-Zellen ermöglichen eine sicherere und besser planbare Energieversorgung, da sie die Fluktuationen der Sonneneinstrahlung durch ihr effizientes Verhalten bei Bewölkung deutlich besser ausgleichen können als reines Silizium.

Können Perowskit-Zellen auch nachts durch Regen nennenswerten Strom erzeugen?

Hybride Perowskit-Zellen können durch die Integration von triboelektrischen Nanogeneratoren (TENG) auch nachts Strom aus Regen erzeugen, da dieser Prozess auf kinetischer Energie und nicht auf Licht basiert. Ob dieser Strom jedoch als „nennenswert“ bezeichnet werden kann, hängt stark vom Verwendungszweck ab: Während die Spannungswerte beeindruckend hoch sind, bleibt die insgesamt gewonnene Energiemenge im Vergleich zur Solarenergie sehr gering.

Technische Realisierbarkeit bei Nacht.

Die Stromerzeugung bei Nacht wird durch eine spezielle, etwa 100 bis 130 Nanometer dünne Schicht (z. B. aus fluoriertem Kunststoff wie CFx) ermöglicht, die auf die Perowskit-Zelle aufgebracht wird.

• Triboelektrischer Effekt: Wenn Regentropfen auf diese Beschichtung treffen und abperlen, entsteht durch Reibung und Kontakt eine elektrische Ladung:
• Lichtunabhängigkeit: Da dieser Effekt ausschliesslich die Bewegungsenergie der Tropfen nutzt, funktioniert die Energiegewinnung völlig unabhängig von der Sonneneinstrahlung, also auch bei totaler Dunkelheit.

Einordnung der Leistungsfähigkeit: „Nennenswert“ oder nicht?

Bei der Bewertung der erzeugten Energie muss zwischen der kurzzeitigen Spitzenleistung und dem langfristigen Ertrag unterschieden werden:

• Hohe Momentanspannung: Ein einzelner Regentropfen kann eine beachtliche Potentialdifferenz von bis zu 110 Volt (in einigen Modellen sogar bis zu 150 V) erzeugen. Diese Spannung reicht aus, um kleine elektronische Bauteile oder LED-Schaltkreise direkt zu aktivieren.
• Spitzenleistung pro Fläche: Während eines Regenschauers können diese Systeme eine Leistungsdichte von etwa 4 mW/cm² (entspricht 40 W/m²) erreichen. Andere Forschungsansätze berichten sogar von Spitzenwerten zwischen 50 und 100 W/m², was etwa 20 bis 30 % der optimalen Leistung einer herkömmlichen Solarzelle entspricht.
• Geringer Jahresertrag: Da der Strom nur für Bruchteile einer Sekunde während des Aufpralls fliesst, ist die kumulierte Energiemenge gering. Schätzungen gehen von einem Jahresertrag von lediglich 5 bis 10 Wattstunden (Wh) pro Quadratmeter aus. Im Vergleich dazu liefert die Sonne pro Quadratmeter jährlich etwa 1.000 kWh – das ist das 100.000-fache des Regenertrags.

Überwindung der Haltbarkeitsprobleme.

Die grösste Schwäche von Perowskit-Zellen war bisher ihre extreme Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff:

• Doppelschutz: Die Forscher kombinierten die CFx-Schicht mit einem kommerziellen Epoxidharz. Die CFx-Schicht dient dabei als chemisch inerte Barriere, die verhindert, dass das Harz das empfindliche Ladungstransportmaterial (Spiro-OMeTAD) angreift.
• Widerstandsfähigkeit: Dank dieser Versiegelung überstanden die Zellen Tests von über 300 Stunden bei 50 % Luftfeuchtigkeit und funktionierten sogar nach 15-minütigem Untertauchen in Wasser.

Auswirkungen von Hagel oder starkem Wind.

Die Auswirkungen von Hagel oder starkem Wind auf die Nanobeschichtung (CFx-Schicht) der hybriden Perowskit-Zellen werden in den Quellen differenziert betrachtet. Während die Schicht eine hohe mechanische Robustheit aufweist, bleiben Extremwetterereignisse eine Herausforderung für die Langzeitstabilität.

Mechanische Widerstandsfähigkeit der CFx-Schicht.

Trotz ihrer extrem geringen Dicke von nur 100 bis 130 Nanometern verfügt die fluorierte Nanobeschichtung über beachtliche mechanische Eigenschaften:

• Härte und Steifigkeit: Nanoindentationstests ergaben einen Elastizitätsmodul von 3,7 GPa und eine Härte von 0,23 GPa. Damit ist die Schicht steifer als herkömmliche fluorierte Polymere wie PTFE (Teflon) und zeigt eine höhere Beständigkeit gegen plastische Verformung.
• Erosionsbeständigkeit: In Labortests hielten die CFx-Beschichtungen extremen Bedingungen stand. Es waren mehr als 200 Aufschläge von Wassertropfen mit einer Geschwindigkeit von 165 m/s nötig, um sichtbare Schäden zu verursachen. Da die Endgeschwindigkeit von Regentropfen normalerweise unter 10 m/s liegt, deutet dies auf eine hohe Reserve gegenüber mechanischen Einschlägen hin.
• Strukturüberprüfung: Mikroskopische Untersuchungen (SEM) nach Alterungstests zeigten, dass die Schicht kontinuierlich und defektfrei blieb, ohne Risse, Nadellöcher oder Ablösungen.

Risiken durch Hagel und extreme Bedingungen.

Obwohl die Schicht als „Bodyguard“ für die Solarzelle fungiert, gibt es potenzielle Beeinträchtigungen:

• Mikrorisse: Bei dickeren CFx-Filmen kann mechanischer Stress innerhalb des Multischicht-Stapels zunehmen, was die Bildung von Mikrorissen fördern und die Versiegelung der Zelle beeinträchtigen kann.
• Herausforderung im Ausseneinsatz: Für alternative Systeme wie das "Plug-Flow"-Prinzip (Röhrensysteme) wird explizit darauf hingewiesen, dass die Stabilität bei Frost, Hagel und Sturm ein kritisches Kriterium und eine Herausforderung für die praktische Anwendung darstellt.
• Erosion der Elektroden: Ein Problem bei triboelektrischen Generatoren ist, dass die oberen Elektroden oft direkt dem Aufprall ausgesetzt sind, was zu Erosion und Korrosion der empfindlichen Metallmaterialien führen kann.

Einfluss von Wind und Umgebung.

Starker Wind beeinflusst weniger die strukturelle Integrität der Schicht als vielmehr die Effizienz der Energiegewinnung:

• Verschiebung des Aufprallpunkts: Wind und Vibrationen können die Position verändern, an der Regentropfen auf die Zelle treffen. Da die Spannungserzeugung stark davon abhängt, ob der Tropfen die Elektrode direkt trifft oder nur über die Oberfläche gleitet, können Positionsabweichungen von nur 0,5 mm die elektrische Spannung um bis zu 50 % reduzieren.
• Schutzeffekt: Die Nanobeschichtung schützt die Perowskit-Zellen vor den mit Wind einhergehenden Feuchtigkeitsschwankungen und Temperaturschwanken.

Die Nanobeschichtung ist aufgrund ihrer hohen Vernetzung durch das Plasma-Herstellungsverfahren mechanisch sehr stabil. Dennoch betonen die Forscher, dass für eine Marktreife im industriellen Massstab weitere Fortschritte bei der Dauerhaftigkeit der Elektroden und der Widerstandsfähigkeit gegenüber realen Umwelteinflüssen wie Hagel notwendig sind.

Stromerzeugung aus Regentropfen.

Vergleich mit konkurrierenden Technologien.

Neben dem Ansatz aus Sevilla gibt es weitere Forschungen zur Regengewinnung:

• Plug-Flow-Prinzip: Forscher aus Singapur nutzen ein System aus FEP-Röhren, in denen Wasser- und Luftblasen alternieren. Dies erreicht zwar Leistungsdichten von bis zu 100 W/m², ist jedoch mechanisch komplexer und teurer in der Installation:
• Regenrinnenturbinen: Diese nutzen die kinetische Energie des konzentrierten Abflusses, sind aber wartungsintensiver und weniger effizient für kleine Flächen. 

Die technische Stromerzeugung aus Regentropfen basiert primär auf dem Prinzip der Triboelektrizität (Reibungselektrizität) und der elektrostatischen Induktion. Forscher haben hierfür zwei wesentliche technologische Ansätze entwickelt: triboelektrische Nanogeneratoren (TENG) in Form von Dünnschicht-Beschichtungen und das sogenannte „Plug-Flow“-Prinzip in Röhrensystemen.

Triboelektrische Nanogeneratoren (TENG).

Der am weitesten fortgeschrittene Ansatz, insbesondere durch die Forschung am Institut für Materialwissenschaften in Sevilla (ICMS), nutzt eine spezielle nanometerdünne Beschichtung auf Solarzellen.

• Das Material: Es wird eine Schicht aus fluoriertem Kunststoff (CFx) verwendet, die chemisch mit Teflon verwandt ist. Diese Schicht ist mit ca. 100 bis 130 Nanometern extrem dünn und für Sonnenlicht transparent (>90 %):
• Der Prozess der Kontaktelektrisierung: Wenn ein Regentropfen auf diese Schicht trifft, kommt es zur Kontaktelektrisierung. Da Wasser und die CFx-Beschichtung unterschiedliche Affinitäten zu Elektronen haben, findet beim Kontakt ein Ladungsaustausch statt.
• Bildung einer elektrischen Doppelschicht (EDL): An der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Feststoff bildet sich eine elektrische Doppelschicht. Elektronen wandern vom Tropfen auf die Oberfläche der Beschichtung, während sich Ionen aus der Flüssigkeit an der negativ geladenen Oberfläche anlagern.
• Elektrostatische Induktion: Sobald sich der Tropfen auf der Oberfläche ausbreitet, bewegt oder wieder ablöst, ändert sich die Kapazität des Systems. Diese dynamische Änderung induziert eine elektrische Spannung in den darunterliegenden Elektroden (z. B. aus Gold oder Indiumzinnoxid), wodurch ein Stromimpuls in einen externen Stromkreis geleitet werden kann.
• Leistung: Ein einzelner Regentropfen kann so eine Leerlaufspannung von bis zu 110 Volt erzeugen. Die maximale Leistungsdichte liegt bei etwa 4 mW/cm².

Das Plug-Flow-Prinzip (Pfropfenströmung):

Ein alternativer technischer Ansatz aus Singapur nutzt die Energie von Wasser, das durch enge Röhren fliesst.

• Aufbau: Wasser tropft durch eine Metallnadel in ein senkrecht stehendes Kunststoffröhrchen (z. B. aus FEP) mit einem Durchmesser von etwa 2 mm.
• Strömungsmuster: Das Wasser fliesst nicht als durchgehender Strahl, sondern als Abfolge von Wassertropfen und Luftblasen („Plug Flow“).
• Ladungstrennung: An jeder Kante zwischen Wasser und Luft findet beim Herabfliessen eine effektive Ladungstrennung statt. Negative Ionen werden an der Rohrwand absorbiert, während positive Protonen mit dem Wasser weitertransportiert werden.
• Überwindung physikalischer Grenzen: Dieser Trick erlaubt es, die sogenannte Debye-Länge zu umgehen – eine winzige Zone von wenigen Nanometern, in der Ladungstrennung normalerweise aufhört zu funktionieren. Durch die ständigen Wasser-Luft-Wechsel können Ladungen über viele Zentimeter voneinander getrennt werden, was die Effizienz auf über 10 % steigert.
• Leistung: Mit diesem System wurden Leistungsdichten von bis zu 100 Watt pro Quadratmeter erreicht.

Nutzung kinetischer Energie (Turbinen).

Ein dritter, eher konventioneller Ansatz ist die Nutzung der mechanischen Aufprallwucht oder des Abflusses.

• Regenrinnenturbinen: Hierbei wird der Regenfall einer grossen Dachfläche in einem Rohr konzentriert, um kleine Turbinen anzutreiben:
• Einschränkungen: Dieser Ansatz ist technisch weniger effizient für die direkte Gewinnung aus einzelnen Tropfen, da die Reibungsverluste in der Luft die Fallgeschwindigkeit und damit die kinetische Energie begrenzen. Der erwartete Ertrag liegt hier nur bei etwa 1–5 Wh pro Jahr und Quadratmeter.

Die moderne Forschung setzt vor allem auf hybride Dünnschicht-Systeme, die Solarzellen mit triboelektrischen Eigenschaften kombinieren, um sowohl bei Sonnenschein als auch bei Regen Energie zu gewinnen.

Spannung, Leistungsdichte und jährlicher Gesamtertrag.

Der Vergleich zwischen der Stromerzeugung aus Regentropfen und der herkömmlichen Photovoltaik zeigt deutliche Unterschiede in Bezug auf Spannung, Leistungsdichte und den jährlichen Gesamtertrag. Während ein einzelner Regentropfen überraschend hohe Spannungsspitzen erzeugt, bleibt die kontinuierliche Energieausbeute weit hinter der der Sonne zurück.

Einzelleistung: Spannung vs. Dauer.

Ein einzelner Regentropfen kann beim Aufprall auf eine speziell beschichtete Perowskit-Solarzelle eine Leerlaufspannung von bis zu 110 Volt erzeugen. Dieser Wert ist beachtlich und theoretisch ausreichend, um kleine tragbare Geräte oder LED-Schaltkreise zu betreiben.

Im Vergleich dazu ist die elektrische Leistung jedoch zeitlich extrem begrenzt:

• Regen: Die Spannung entsteht nur für den Bruchteil einer Sekunde während des Aufpralls, Ausbreitens und Abperlens des Tropfens.
• Sonne: Eine Solarzelle liefert bei konstanter Einstrahlung einen stetigen Stromfluss.

Vergleich der Leistungsdichte (Watt pro Quadratmeter).

Die Leistungsdichte gibt an, wie viel Strom pro Fläche erzeugt wird. Hier erreichen moderne hybride Systeme (sogenannte TENG-Systeme) vielversprechende Werte, die jedoch noch unter dem Niveau idealer Sonneneinstrahlung liegen:

• Maximale Leistung aus Regen: Aktuelle Forschungen am Institut für Materialwissenschaften in Sevilla (ICMS) zeigen eine Leistungsdichte von etwa 4 mW/cm², was 40 Watt pro Quadratmeter (W/m²) entspricht. Andere Forschungsansätze (z. B. Plug-Flow-Prinzip) geben Werte von 50 bis 100 W/m² an.
• Maximale Leistung aus Sonne: Eine moderne Photovoltaikanlage liefert unter idealen Bedingungen (direkte Sonne) über 200 W/m².
• Verhältnis: Die Regenausbeute entspricht damit etwa einem Fünftel (20 %) bis einem Drittel (30 %) der optimalen Solarleistung.

Jährlicher Gesamtertrag: Die grosse Diskrepanz.

Trotz der hohen Momentanspannung eines Tropfens ist der jährliche Energieertrag aus Regen im Vergleich zur Sonne verschwindend gering. Das liegt an der begrenzten Anzahl der Tropfen und der kurzen Dauer der Energiegewinnung:

• Sonne: In Regionen wie Deutschland kann man pro Quadratmeter mit einem Jahresertrag von etwa 1.000 Kilowattstunden (kWh) rechnen.
• Regen: Basierend auf durchschnittlichen Niederschlagsmengen (ca. 20 Millionen Tropfen pro m²/Jahr) liegt der zu erwartende Ertrag bei lediglich 5 bis 10 Wattstunden (Wh) pro Jahr und Quadratmeter. Selbst optimierte theoretische Modelle setzen die obere Grenze bei nur etwa 500 Wh pro Jahr an.
• Faktor: Die Sonne liefert somit etwa das 100.000-fache an Energie pro Jahr im Vergleich zum Regen.

Der Vergleich zwischen der Stromerzeugung aus Regentropfen und der Sonne zeigt eine deutliche Diskrepanz: Während Regentropfen beeindruckende Spannungsspitzen liefern, bleibt die Sonne die mit Abstand dominierende Energiequelle für den Gesamtertrag.

Einzelleistung und Spannung.

Ein einzelner Regentropfen kann beim Auftreffen auf eine speziell beschichtete Solarzelle eine Leerlaufspannung von bis zu 110 Volt erzeugen. Diese Spannung ist beachtlich und theoretisch ausreichend, um kleine tragbare Geräte oder LED-Schaltkreise kurzzeitig mit Strom zu versorgen.

Vergleich der Leistungsdichte (Watt pro Quadratmeter).

Die Leistungsdichte gibt an, wie viel Energie pro Fläche gewonnen werden kann. Hier schneidet der Regen im Vergleich zur Sonne wie folgt ab:

• Regen: Aktuelle Forschungen erzielen eine maximale Leistungsdichte von etwa 4 mW/cm², was 40 Watt pro Quadratmeter (W/m²) entspricht. Andere experimentelle Ansätze (wie das Plug-Flow-Prinzip) erreichen unter Laborbedingungen bereits 50 bis 100 W/m².
• Sonne: Eine moderne Photovoltaikanlage liefert unter idealen Bedingungen (direkte Sonneneinstrahlung) deutlich über 200 W/m².
• Verhältnis: Die Ausbeute aus Regen entspricht in Spitzenmomenten somit etwa 20 % bis 30 % der optimalen Solarleistung.

In anderen experimentellen Aufbauten wurden sogar Spitzenwerte von bis zu 150 Volt pro Tropfen gemessen:

• Kurzzeitigkeit: Die Spannung tritt lediglich als extrem kurzer Impuls für den Bruchteil einer Sekunde während des Aufpralls, Ausbreitens und Abperlens des Tropfens auf.
• Variabilität: Während 110 V als „Champion-Wert“ durch optimierte chemische Zusammensetzungen erreicht wurden, liegen die üblichen Messwerte bei Regen oft eher in einem Bereich um 60 Volt.
• Abhängigkeit: Die exakte Höhe der Spannung hängt stark davon ab, wo genau der Tropfen auf die Elektrode trifft; Positionsabweichungen von nur einem halben Millimeter können die Spannung bereits um bis zu 50 % reduzieren.

Trotz der hohen Spannung ist die tatsächlich verfügbare Dauerleistung gering, da der Stromfluss nur sehr kurzzeitig erfolgt. Dennoch reicht diese Energie aus, um kleine elektronische Bauteile wie LED-Schaltkreise oder autarke Sensoren zu aktivieren.

Jährlicher Gesamtertrag: Die grosse Differenz.

Die grösste Diskrepanz liegt im jährlichen Energieertrag, da Regenereignisse zeitlich begrenzt sind und die Energieabgabe pro Tropfen nur für Bruchteile einer Sekunde erfolgt:

• Sonne: In Deutschland ist pro Kilowatt Peak ein Jahresertrag von etwa 1.000 Kilowattstunden (kWh) zu erwarten.
• Regen: Basierend auf einem durchschnittlichen Jahresniederschlag (ca. 20 Millionen Tropfen pro m²) liegt der reale Energieertrag bei lediglich 1 bis 10 Wattstunden (Wh) pro Jahr und Quadratmeter. Selbst unter Einbeziehung aller theoretischen Spielräume wird die obere Grenze auf nur etwa 500 Wh pro Jahr geschätzt.
• Faktor: Die Sonne liefert damit etwa das 100.000-fache an Energie pro Jahr im Vergleich zum Regen.

Strategische Bedeutung des Vergleichs.

Obwohl der Regen quantitativ weit unterlegen ist, liegt der Nutzen der hybriden Technologie in der Ergänzung bei schlechtem Wetter:

• Ertragsabfall: Bei Bewölkung und Regen sinkt der Ertrag herkömmlicher PV-Anlagen massiv auf nur noch 10 % bis 20 % der Nennleistung ab.
• Lückenschluss: Die hybriden "Regen-Paneele" nutzen genau diese Phasen der Verschattung, um die Energieautonomie kleiner Geräte (z. B. im Internet der Dinge oder für Aussensensoren) aufrechtzuerhalten, wenn die Sonne nicht scheint.

Ein Regentropfen erzeugt zwar eine überraschend hohe punktuelle Spannung (110 V), aber in der Jahresbilanz bleibt die Sonne die primäre Energiequelle, während der Regen als wertvolle Zusatzquelle für autarke Kleinsysteme bei schlechtem Wetter fungiert. Die Bedeutung der Regengewinnung liegt nicht darin, die Sonne zu ersetzen, sondern die Versorgungslücke bei schlechtem Wetter zu schliessen. Die für die Regengewinnung notwendige fluorierte Beschichtung (CFx) dient gleichzeitig als Schutzschild für empfindliche Perowskit-Zellen gegen Feuchtigkeit und UV-Strahlung, was deren Lebensdauer bei widrigen Bedingungen massiv erhöht.

Technologie im Stadium der Laborforschung.

Aktuellen Erkenntnissen aus zufolge befindet sich die Technologie der hybriden Regen-Solar-Paneele derzeit noch im Stadium der Laborforschung und ist noch kein fertiges kommerzielles Produkt. Ein konkretes Datum für eine flächendeckende Markteinführung, etwa für Hausdächer, lässt sich noch nicht exakt beziffern, es gibt jedoch verschiedene Einschätzungen zum Zeitplan und den nächsten Schritten:

Zeitlicher Rahmen und Prototypen.

• Kurzfristige Entwicklungen (nächste 2 Jahre): Die Forschungsgruppen arbeiten daran, in den nächsten zwei Jahren erste Prototypen für die Stromproduktion zu entwickeln.
• Marktnähe von Teiltechnologien: Während die hybriden Paneele noch Zeit benötigen, berichtete das Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen (INT) bereits im April 2025, dass triboelektrische Nanogeneratoren (TENGs) für spezifische Anwendungen – wie die Integration in Kleidung oder Schuhe zum Laden von Handys – kurz vor der Markteinführung stünden.
• Nischenanwendungen zuerst: Experten erwarten, dass das System in den nächsten Jahren zunächst in einem kleinen, wenig wirtschaftlichen Stil für Spezialanwendungen erscheinen wird, bevor es massentauglich wird.

Herausforderungen bis zur Marktreife.

Bevor eine kommerzielle Nutzung in grossem Massstab möglich ist, müssen laut den Quellen noch mehrere technische und wirtschaftliche Hürden überwunden werden:

• Skalierung: Bisherige Erfolge beziehen sich zumeist auf Zellen im Zentimeterformat im Labor; die Übertragung auf grossflächige Module für Hausdächer steht noch aus.
• Stabilität der Materialien: Insbesondere die Perowskit-Zusammensetzungen müssen noch stabiler gegen Umwelteinflüsse gemacht werden. Zudem müssen die Elektrodenarchitekturen verbessert werden, da diese bei direktem Kontakt mit Wassertropfen zu Erosion und Korrosion neigen können.
• Wirtschaftlichkeit: Erste Hochrechnungen für alternative Ansätze (wie das Plug-Flow-Prinzip mit vielen Kunststoffschläuchen) deuten auf sehr hohe Materialkosten hin, die derzeit noch weit über denen herkömmlicher Solaranlagen liegen.
• Effizienz: Die zusätzliche Beschichtung reduziert den Wirkungsgrad der Solarzelle bei Sonnenschein geringfügig (um ca. 4 %), was durch den zusätzlichen Ertrag bei Regen erst einmal wirtschaftlich kompensiert werden muss.

Erste Einsatzgebiete.

Es wird davon ausgegangen, dass die Marktreife zuerst im Bereich des Internets der Dinge (IoT) und für autarke Aussensensoren (z. B. an Brücken oder in der Landwirtschaft) erreicht wird, da diese Geräte nur geringe Mengen Strom benötigen und von der Wetterunabhängigkeit massiv profitieren. Für private Hausbesitzer bleibt die Technik laut den Quellen vorerst noch „Zukunftsmusik“.

Potenzielle Anwendungen mit der Hybride Regen-Solar-Paneele.

Die hybriden Regen-Solar-Paneele, die am Institut für Materialwissenschaften in Sevilla (ICMS) entwickelt wurden, bieten aufgrund ihrer Fähigkeit, sowohl bei Sonnenschein als auch bei Regen Energie zu erzeugen, ein breites Spektrum an Einsatzmöglichkeiten. Besonders in Regionen mit häufigen Niederschlägen, wo herkömmliche Solarzellen oft an ihre Grenzen stossen, wird diese Technologie als wichtiger Schritt zur Energieautonomie angesehen.

Die Technologie zielt primär auf Anwendungen ab, die eine hohe Energieautonomie erfordern:

• Autarke Sensoren: Überwachung von Megastrukturen wie Brücken oder Einsatz in der Präzisionslandwirtschaft.
• Smarte Städte: Energieversorgung für Beschilderungen, Hilfsbeleuchtungen oder Umweltsensoren bei widrigen Wetterbedingungen.
• Ladung von Kleingeräten: Als Proof-of-Concept demonstrierten die Forscher ein System, das eine rote LED-Reihe (1,8 V) dauerhaft betrieb und bei Regen zusätzlich grüne LEDs (2,5 V) aktivierte.

Internet der Dinge (IoT) und Sensorik.

Die Forscher sehen das grösste Potenzial im Bereich des Internets der Dinge (IoT). Die Paneele können kleine, autarke Geräte mit Strom versorgen, die unabhängig von externen Stromquellen funktionieren müssen:

• Umweltmonitoring: Sensoren zur Überwachung der Luftqualität, der Niederschlagsmengen oder anderer Umweltbedingungen können völlig autark betrieben werden.
• Präzisionslandwirtschaft: Die Paneele können Sensoren auf Feldern mit Strom versorgen, um Wettervorhersagen zu präzisieren oder Bodenbedingungen zu überwachen.
• Wetterstationen: Da jeder Regentropfen einen messbaren Impuls erzeugt, können die Paneele selbst als hochpräzise Sensoren dienen, um die Grösse und Verteilung von Regentropfen sowie die Regenintensität exakt zu bestimmen.
• Aussensensoren: Einsatz zur Überwachung von Umweltbedingungen wie Luftqualität oder Niederschlagsmengen.
• Marine Stationen: Da die Zellen nachweislich sogar nach dem Untertauchen in Wasser funktionieren, sind sie für Anwendungen auf See oder in Küstennähe geeignet.
• Isolierte Gebiete: In schwer zugänglichen Regionen können sie als Teil verteilter Energiestrukturen eine stabilere Stromversorgung gewährleisten als reine Solarsysteme.

Überwachung von Infrastruktur, Megastrukturen und Smart Cities.

Die Robustheit des Systems gegenüber Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen prädestiniert es für den Einsatz im öffentlichen Raum. Die hybride Technologie ist ideal für die langfristige Überwachung von Bauwerken geeignet, da sie auch bei schlechtem Wetter eine kontinuierliche Stromversorgung für Sensoren sicherstellt.

• Smarte Städte (Smart Cities): Einsatz bei der Beschilderung, für autonome Hilfsbeleuchtungen oder Monitoring-Systeme, die widrigen Wetterbedingungen standhalten müssen.
• Strukturüberwachung: Sensoren an Megastrukturen wie Brücken oder Gebäuden können kontinuierlich Daten zur Stabilität liefern, ohne auf externe Stromquellen angewiesen zu sein.
• Smarte Stadtmöbel: Der Einsatz in der intelligenten Beschilderung oder für autonome Hilfsbeleuchtungen (z. B. smarte Strassenbeleuchtung) ist realistisch, da das System auch widrigen Wetterzyklen standhält.

Mobile Elektronik und Wearables.

Die Technologie ermöglicht es, Energie aus alltäglichen Bewegungen oder Umwelteinflüssen direkt am Körper oder an tragbaren Geräten zu gewinnen.

• Tragbare Geräte: Ein einzelner Regentropfen erzeugt genug Spannung (bis zu 110 V), um kleine tragbare Elektronik oder LED-Schaltkreise zu aktivieren.
• Intelligente Kleidung und Schuhe: Es wird erwartet, dass triboelektrische Generatoren künftig in Kleidung oder Schuhe integriert werden, um beispielsweise das Handy unterwegs durch Gehen (Reibung) oder Regen zu laden.

Niedrigleistungselektronik (Low-Power Electronics).

In Laborexperimenten wurde bereits nachgewiesen, dass die hybriden Systeme gezielt für spezifische Schaltkreise genutzt werden können.

• LED-Arrays: Die Paneele können rote LED-Reihen (1,8 V) dauerhaft über die Solarfunktion speisen und bei Regen zusätzlich grüne LEDs (2,5 V) durch die kinetische Energie der Tropfen aktivieren.
• Ladung von Speichern: Sie können effektiv genutzt werden, um Kondensatoren oder Akkusysteme für Geräte mit geringem Grundverbrauch aufzuladen.

Diese Paneele werden als „Allwettermaschinen“ bezeichnet, die besonders dort glänzen, wo herkömmliche Solaranlagen aufgrund von Regen oder Dunkelheit pausieren müssten.

Landwirtschaft und Umweltmonitoring.

In der modernen Landwirtschaft ist eine wetterunabhängige Datenaufnahme entscheidend:

• Präzisionslandwirtschaft: Versorgung von Sensoren, die Bodenfeuchtigkeit oder Pflanzenwachstum direkt auf dem Feld messen.
• Umweltmonitoring: Vorhersage von Wetterereignissen oder Überwachung von abgelegenen Ökosystemen.

Abgelegene und isolierte Gebiete.

Für Standorte, die schwer zugänglich sind, bietet die Kombination aus Solar- und Regenenergie eine höhere Ausfallsicherheit.

• Meeresstationen: Da das System sogar nachweislich gegen das Untertauchen in Wasser resistent ist, eignet es sich für maritime Anwendungen.
• Verteilte Energiestrukturen: Versorgung von Geräten in isolierten Regionen, in denen eine Wartung schwierig ist.

Kleingeräte und tragbare Elektronik.

Ein einzelner Regentropfen kann eine Spannung von bis zu 110 V erzeugen, was ausreicht, um kleine elektronische Schaltungen zu aktivieren.

• LED-Schaltkreise: Im Labor wurde bereits demonstriert, dass das System rote LEDs dauerhaft über Photovoltaik und grüne LEDs impulsartig über die Regenenergie betreiben kann.
• Tragbare Geräte: Es besteht das Potenzial, solche triboelektrischen Systeme in Kleidung oder Schuhe zu integrieren, um Energie durch Bewegung zu gewinnen, wobei die hier besprochene Forschung primär auf Paneele fokussiert ist.

Schutz empfindlicher Photovoltaik-Technik.

Ein indirekter, aber entscheidender Einsatzbereich ist der Schutz von Perowskit-Solarzellen. Da diese Zellen normalerweise extrem empfindlich auf Feuchtigkeit reagieren, dient die triboelektrische CFx-Schicht gleichzeitig als hochwirksame Versiegelung. Dies ermöglicht den Einsatz dieser hocheffizienten, aber fragilen Zellen in Klimazonen, die zuvor als ungeeignet galten.

Obwohl eine Nutzung für die komplette Stromversorgung von Haushalten aufgrund der geringen Dauerleistung des Regengenerators vorerst "Zukunftsmusik" bleibt, stellt die Technologie für autarke Nischenanwendungen eine vielversprechende Lösung dar.

Nachrüstung herkömmlicher Module.

Theoretisch ist die Nachrüstung herkömmlicher Module mit einer solchen Schicht denkbar, da die Technologie als transparentes „Overcoating“ konzipiert ist. In der Praxis ist dies jedoch zum aktuellen Zeitpunkt kein einfaches Verfahren für Endverbraucher, sondern ein hochkomplexer industrieller Prozess:

• Komplexes Herstellungsverfahren: Die Schicht wird mittels plasmagestützter Gasphasenabscheidung (PECVD) aufgebracht. Dies erfordert eine Vakuumkammer und spezielle Plasmatechnologie, was bedeutet, dass die Module während der Produktion oder in spezialisierten Anlagen beschichtet werden müssen. Ein „Aufsprühen“ oder „Aufkleben“ auf bereits installierte Dachmodule ist mit der derzeitigen Methode nicht möglich.
• Optische Kompatibilität: Da die CFx-Nanobeschichtung zu über 90 % transparent ist und sogar als Antireflexschicht fungiert, würde sie die Leistung herkömmlicher Silizium-Module bei Sonnenschein nicht behindern, sondern die Lichtaufnahme potenziell sogar verbessern.
• Vorteile für Silizium: Während die aktuelle Forschung aus Sevilla den Fokus auf Perowskit-Zellen legt (um deren Feuchtigkeitsempfindlichkeit zu lösen), wurden triboelektrische Nanogeneratoren (TENG) in der Vergangenheit bereits erfolgreich mit Silizium-Solarzellen kombiniert.
• Hürde der Skalierung: Ein wesentliches Problem für die Nachrüstung grosser Flächen ist, dass die Forschung derzeit noch an Zellen im Zentimeterformat im Labor stattfindet. Die industrielle Skalierung auf die üblichen 2-Quadratmeter-Module von Hausdächern ist einer der nächsten notwendigen Schritte der Entwicklung.

Die Schicht ist zwar grundsätzlich mit Silizium-Modulen kompatibel, die Nachrüstung aber werkseitig erfolgen müsste und derzeit aufgrund der frühen Forschungsphase noch nicht für den Massenmarkt verfügbar ist.

Aktuell gibt es kein fertiges kommerzielles Produkt für den Massenmarkt; die Technologie befindet sich noch im Stadium der Laborforschung. Es lassen sich jedoch verschiedene Zeitpunkte für unterschiedliche Entwicklungsstufen aus den Quellen ableiten:

Prototypen: Forscher streben an, in den nächsten zwei Jahren erste Prototypen für die Stromproduktion zu entwickeln.

• Spezialanwendungen: In den kommenden Jahren wird die Technologie voraussichtlich zuerst in einem kleinen, wenig wirtschaftlichen Stil für Nischenanwendungen erscheinen, etwa für das Internet der Dinge (IoT) oder autarke Sensoren.
• Allgemeine TENG-Technologie: Laut dem Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen (INT) standen einfachere triboelektrische Nanogeneratoren (TENG) – etwa zur Integration in Kleidung oder Schuhe zum Laden von Handys – bereits im April 2025 kurz vor der Markteinführung.
• Hausdächer und Grossanlagen: Für private Hausbesitzer bleibt die Vision von Solarmodulen, die im Regen nennenswerte Mengen Strom liefern, vorerst „Zukunftsmusik“.

Bis zur vollständigen Marktreife müssen noch wesentliche Hürden überwunden werden. Die bisherigen Erfolge basieren zumeist auf Zellen im Zentimeterformat, die nun auf grossflächige Module skaliert werden müssen. Zudem ist eine Weiterentwicklung der Elektrodenarchitektur und stabilerer Perowskit-Zusammensetzungen erforderlich, um die nötige Langzeitstabilität im Freien zu gewährleisten.

Fazit und Ausblick.

Die Entwicklung der hybriden Perowskit-Regen-Zelle markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Photovoltaik-Forschung. Sie transformiert den "Feind" der Solarzelle – den Regen – in eine nutzbare Ressource. Obwohl bis zur Marktreife noch Herausforderungen in der Skalierung und der langfristigen Erosionsbeständigkeit der Elektroden bestehen, ebnet diese Arbeit den Weg für eine zuverlässigere, wetterunabhängige Energieversorgung.

Fazit für die Anwendung.

Für die allgemeine Stromversorgung eines Haushalts ist der nächtliche Regenertrag derzeit nicht nennenswert und bleibt vorerst „Zukunftsmusik“. Er ist jedoch hochgradig nennenswert für die Energieautonomie kleiner Geräte, insbesondere im Bereich des Internets der Dinge (IoT).

Diese hybriden Zellen könnten nachts autarke Aussensensoren an Brücken, Wetterstationen oder intelligente Beschilderungen in Smart Cities betreiben, die nur minimale Energiemengen benötigen, aber auf eine kontinuierliche wetterunabhängige Versorgung angewiesen sind.

Disclaimer / Abgrenzung

Stromzeit.ch übernimmt keine Garantie und Haftung für die Richtigkeit und Vollständigkeit der in diesem Bericht enthaltenen Texte, Massangaben und Aussagen.

Quellenverzeichnis (März 2026).

Endlich: Regen-Solarzelle liefert Rekordmengen an Strom!
https://www.youtube.com/watch?v=FKkLNZQfASc

Unglaublich! Regen-Zelle liefert Strom aus Regentropfen!
https://www.youtube.com/watch?v=zCujBaFn7u0

Physik-Hack: 100.000x mehr Strom aus Regen!
https://www.youtube.com/watch?v=XE64c6CwXBM

Neu: Solarstrom generieren bei Regen!
https://www.youtube.com/watch?v=dkjFxxsIg6w

"Illustration © NotebookLM.