2026 m. rugsėjo 21 d- Siekdami reikšmingos pažangos jūrų atsinaujinančios energijos srityje, Kinijos ir Šveicarijos mokslininkai sėkmingai pademonstravo perovskito saulės elementus, galinčius veikti 10 metrų žemiau vandenyno paviršiaus, generuojančius pakankamai elektros energijos, kad būtų galima įkrauti ličio jonų baterijas po vandeniu. Išvados, paskelbtos rugsėjo 11 d. žurnale Cell PressDžaulis, yra pirmasis panardintų saulės elementų funkcinis patvirtinimas praktiniam pritaikymui svarbiame gylyje.
Už seklių vandenų
Daugelį metų saulės energija buvo naudojama sausumoje saulės elementų ir susijusių technologijų srityse, tačiau rinkti saulės energiją po vandeniu yra labai sudėtinga. Šviesa vandenyje labai greitai silpnėja, be to, po vandeniu atsiranda įvairių spalvų šviesos. Ankstesni bandymai, susiję su povandenine saulės energija, buvo atlikti iki dviejų metrų gylio, o tai dar toli nuo realaus taikymo.
„Pranešta apie labai nedaug povandeninių saulės elementų tyrimų, ir visi jie skirti labai sekliam, vos dviejų metrų ar mažesnio vandens gyliui“, – sakė tyrimui vadovavęs Wen-Hua Zhang iš Yunnan universiteto ir Pietvakarių Jungtinės aukštosios mokyklos Kunminge (Kinija). „Šiame darbe pristatomas pirmasis panardintų saulės elementų, praktiškai veikiančių iki maždaug 10 metrų vandens gylyje, funkcinis patvirtinimas, labai praplėsdamas jų taikymo sritį.
Mokslininkų grupė, kurioje taip pat buvo mokslininkai iš Šveicarijos federalinio Lozanos technologijos instituto (EPFL), išsprendė iššūkį pasitelkdama medžiagų ir prietaisų strategiją, orientuotą į plataus diapazono perovskito saulės elementus.
Plataus diapazono perovskitai: povandeninės šviesos derinimas
Tyrėjai naudojo švino halogenidų perovskitus, kurių dažnių juostos tarpas buvo maždaug 1,96 eV, specialiai suprojektuotus sugerti mėlynos-oranžinės šviesos spektrą, kuris dominuoja 5–10 metrų gylyje. Pagrindinė naujovė buvo poliheksametileno guanidino hidrochlorido (PHMG) kaip kristalizacijos priedo įvedimas. Šis priedas moduliuoja energijos lygį perovskito medžiagoje, slopina halogenidų jonų migraciją, sumažina defektų tankį ir padidina gardelės stabilumui svarbius veiksnius, kad būtų užtikrintas ilgalaikis povandeninis veikimas.
Siekdama tiksliai įvertinti įrenginio veikimą povandeninėmis sąlygomis, komanda sukūrė pritaikytą laboratorinę sistemą su pritaikytais optiniais filtrais, imituojančiais povandeninį apšvietimą įvairiuose gyliuose.
Įspūdingi našumo rodikliai
Rezultatai buvo stulbinantys. Imituotame 10 metrų gylio apšvietime panardintų perovskito saulės elementų energijos konversijos efektyvumas siekė 34,71%. Esant standartiniam AM 1,5G saulės apšvietimui, elementų efektyvumas siekė 17,08%, o geriausi įrenginiai sertifikuoti 16,79%.
Stabilumo testų rezultatai buvo tokie pat optimistiški. Nustatyta, kad saulės baterijos, 300 dienų laikomos azoto pripildytoje pirštinių dėžėje kambario temperatūroje, išlaikė maždaug 96% pradinio efektyvumo. Be to, po 1160 valandų darbo imituotomis sąlygomis, kurios imituoja situaciją 10 m gylyje, irimo nerasta. Be to, atlikus pagreitinto senėjimo testus, T80 tarnavimo laikas buvo 48 094 valandos (arba maždaug 5,49 metų) 25 laipsnių kampu imituojamoje povandeninėje aplinkoje.
Nuo laboratorijos iki Pietų Kinijos jūros
Komanda perėjo nuo laboratorinio patvirtinimo prie lauko tyrimų. Jie paruošė didelio ploto perovskitinius fotovoltinius modulius ir integravo juos į povandeninę robotiką. Sistemos buvo išbandytos 2, 6 ir 10 metrų Veizhou salų vandenyse Pietų Kinijos jūroje.
Lauke gauti rezultatai labai tiksliai patvirtino laboratorinių tyrimų rezultatus. Gyliai leido per 2 valandas gauti 1416 mWh elektros energijos 2 metrus. 6 metrų atstumu šis skaičius nukrito iki 752 mWh, o toliau iki 324 mWh 10 metrų atstumu, užtenka įkrauti ličio jonų baterijas ir maitinimo šviesos diodus.
„Labiausiai mus nustebino tiek daug elektros energijos, kurią mūsų didelio ploto moduliai generavo realiomis sąlygomis 10 metrų gylyje tik dvi valandas“, – sakė Zhangas. "Be to, mes pasiekėme mastelį nuo mažo ploto laboratorinių elementų iki didelių modulių. Laboratorinių tyrimų ir lauko eksperimentų derinys suteikia tvirtų įrodymų, kad povandeninė fotoelektra veikia."
Kelias į savarankišką jūrų energiją
Šis atradimas turi didelių pasekmių įvairiose srityse. Į vandenį panardinti saulės elementai gali būti nepriklausomos energijos šaltinis vandenyje panardintam įrankiams, kurie yra atsakingi už akvakultūros, ryšių sistemų, autonominių povandeninių laivų ir kamerų stebėjimą. Zhango teigimu, panardinti saulės įrenginiai gali leisti povandeniniams laivams ir autonominėms povandeninėms transporto priemonėms pasiekti daug ilgesnius atstumus ir ilgesnes misijas nei dabar.
Tyrimą palaikė Yunlingo mokslininkas iš Yunnan provincijos ir Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas. Zhang komanda planuoja ir toliau tirti perovskito saulės elementus gilesniuose vandens gyliuose, tirti povandeninės fotovoltinės energijos veikimo ribas ir sukurti standartizuotus šios besiformuojančios srities bandymų protokolus.
Matant, kad daugiau nei 70 % planetos paviršiaus sudaro vanduo, po jūra paslėptos saulės energijos gavyba atveria milžinišką nenuspėjamą žaliosios energijos gamybos kelią. Nepaisant to, likusios problemos, tokios kaip biologinis užterštumas ir ilgalaikis poveikis jūrų ekologijai, dar neišspręstos, tačiau sėkmingas veiksmingų povandeninių saulės elementų demonstravimas 10 metrų aukštyje yra nepaprastai svarbus etapas kuriant savarankiškas jūrų energijos sistemas.
