21 вересня 2026 рДослідники з Китаю та Швейцарії успішно продемонстрували перовскітові сонячні батареї, здатні працювати на глибині 10 метрів під поверхнею океану, виробляючи електроенергію, достатню для заряджання літій-іонних батарей під водою. Висновки, опубліковані 11 вересня в журналі Cell PressДжоуль, являють собою першу функціональну перевірку занурених сонячних елементів на глибину, відповідну для практичного застосування.
За мілководдям
Протягом багатьох років сонячна енергія використовувалася на суші у вигляді сонячних батарей і пов’язаних технологій, але збирати сонячну енергію під водою дуже складно. У воді світло слабшає дуже швидко, а під водою з’являються різні кольори світла. Попередні випробування підводної сонячної енергії проводилися на максимальній глибині до двох метрів, що ще далеко від того, щоб стати реалістичним з точки зору реального застосування.
«Було повідомлено про дуже мало досліджень підводних сонячних елементів, і всі вони зосереджені на дуже мілкій воді на глибині всього два метри або менше», — сказав Вень-Хуа Чжан з Університету Юньнань і Південно-Західної Об’єднаної Вищої Школи в Куньміні, Китай, який керував дослідженням. «Ця робота представляє першу функціональну валідацію занурених сонячних батарей, які практично працюють на глибині води приблизно до 10 метрів, що значно розширює сферу їх застосування».
Дослідницька група, до якої також увійшли дослідники зі Швейцарського федерального технологічного інституту Лозанни (EPFL), вирішила проблему за допомогою стратегії матеріалів і пристроїв, зосередженої на широкозонних перовскітних сонячних елементах.
Широкосмугові перовскіти: налаштування для підводного світла
Дослідники використовували галогенідні перовскіти свинцю з шириною забороненої зони приблизно 1,96 еВ, спеціально розроблені для поглинання синьо-помаранчевого спектру світла, який домінує на глибинах від 5 до 10 метрів. Ключовою інновацією стало впровадження полігексаметиленгуанідин гідрохлориду (ПГМГ) як кристалізаційної добавки. Ця добавка модулює рівні енергії в перовскітному матеріалі, пригнічує міграцію галоїдних іонів, зменшує щільність дефектів і підвищує стабільність решітки, критично важливу для тривалої роботи під водою.
Щоб точно оцінити продуктивність пристрою в умовах занурення, команда розробила налаштовану лабораторну систему, оснащену спеціальними оптичними фільтрами для імітації підводного освітлення на різних глибинах.
Вражаючі показники ефективності
Результати були вражаючими. При змодельованому освітленні на глибині 10 метрів занурені перовскітові сонячні батареї досягли ефективності перетворення електроенергії 34,71%. За стандартного сонячного освітлення AM 1,5G клітини досягли ефективності 17,08%, а найкращі пристрої сертифікували 16,79%.
Результати тестування стабільності були такими ж оптимістичними. Було виявлено, що сонячні батареї, які зберігалися в бардачку, наповненому азотом, протягом 300 днів при кімнатній температурі зберігали близько 96% початкової ефективності. Крім того, не було виявлено розпаду після 1160 годин роботи в імітованих умовах, що імітують ситуацію на глибині 10 м. Крім того, за допомогою випробувань на прискорене старіння термін служби T80 оцінювався в 48 094 години (або близько 5,49 років) при 25 градусах у симульованому зануреному середовищі.
Від лабораторії до Південно-Китайського моря
Команда перейшла від лабораторної перевірки до польових досліджень. Вони підготували перовскітові фотоелектричні модулі великої площі та інтегрували їх у підводну робототехніку. Системи випробували на глибинах 2, 6 і 10 метрів у водах островів Вейчжоу в Південно-Китайському морі.
Результати, отримані в полі, з високою точністю підтвердили результати лабораторних досліджень. Глибини дозволили отримати електроенергію 1416 МВт*год на 2 метри за 2 години. На відстані 6 метрів ці цифри впали до 752 мВт-год, а на відстані 10 метрів — до 324 мВт-год — цього достатньо для зарядки літій-іонних акумуляторів і живлення світлодіодів.
«Найбільше нас здивувало так багато електроенергії, яку наші модулі великої площі генерували в реальних умовах на глибині 10 метрів лише за дві години», — сказав Чжан. «Більше того, ми досягли масштабування від невеликих лабораторних комірок до модулів великого розміру. Поєднання лабораторних досліджень і польових експериментів дає переконливі докази роботи підводної фотоелектричної енергії».
Шлях до самостійної морської енергії
Це відкриття має значні наслідки в різних сферах. Занурені у воду сонячні батареї можуть бути джерелом незалежної енергії для занурених у воду інструментів, які відповідають за моніторинг аквакультури, систем зв’язку, автономних підводних суден і камер. За словами Чжана, занурені сонячні пристрої можуть дозволити підводним човнам і автономним підводним апаратам досягати набагато більших відстаней і триваліших місій, ніж зараз.
Дослідження було підтримано вченим Юньлінг провінції Юньнань і Національним фондом природничих наук Китаю. Команда Чжана планує продовжити тестування перовскітних сонячних елементів на більших глибинах води, досліджуючи робочі межі підводної фотоелектричної енергії та створюючи стандартизовані протоколи тестування для цієї нової галузі.
Оскільки понад 70% поверхні планети складається з води, видобуток сонячної енергії, прихованої під морем, відкриває величезний непередбачуваний шлях виробництва зеленої енергії. Тим не менш, такі проблеми, як біозабруднення та довгостроковий вплив на морську екологію, ще не вирішені, але успішна демонстрація ефективних підводних сонячних батарей на глибині 10 метрів є надзвичайно важливою віхою на шляху до створення самодостатніх морських енергетичних систем.
