Китайские учёные испытали подводные солнечные панели

Китайские учёные разработали и испытали перовскитные солнечные модули, способные вырабатывать электричество на глубине 10 метров в открытом море. Система заряжала литий‑ионные аккумуляторы и питала светодиодную панель, продемонстрировав, что даже слабый сине‑зелёный свет, остающийся под водой, можно использовать для получения полезного количества энергии. Работу команды из Юньнаньского университета опубликовали в журнале Joule.

Солнечный свет быстро ослабевает под водой, а его спектр меняется с глубиной, поскольку более длинные волны поглощаются быстрее. Поэтому исследователи использовали широкозонные свинцово‑галогенидные перовскитные фотоэлементы с шириной запрещённой зоны приблизительно 1,96 эВ, спектрально соответствующие свету, доступному примерно на десятиметровой глубине.

Чтобы улучшить характеристики и стабильность материала, команда добавила при кристаллизации полигексаметиленгуанидина гидрохлорид, или PHMG. Добавка улучшала кристаллическую структуру, энергетическое согласование и устойчивость материала к деградации.

В лабораторных испытаниях при освещении, имитирующем спектр на глубине 10 метров, небольшой фотоэлемент достиг эффективности преобразования энергии 34,71%. Более большой модуль представил приблизительно 29,4 процентов. Эти значения означают долю уже значительно ослабленного подводного света, превращённого в электричество, а не то, что под водой устройство производит больше энергии, чем при полном солнечном освещении на поверхности. Исследователи равным образом разработали многослойную герметизацию для защиты элементов от морской воды, использовав бутилкаучук, защитное стекло и прозрачную эпоксидную смолу.

При освещении, имитирующем условия на глубине 10 метров, устройства почти не деградировали в течение более чем тысячи часов испытаний. По результатам ускоренного старения исследователи рассчитали прогнозируемый дедлайн T80 в 48 094 часа, или приблизительно 5,5 года при температуре 25 °C. Это расчёт на основе лабораторных испытаний, а не результат пяти лет реальной эксплуатации в море.

Затем команда испытала более крупные модули возле острова Вэйчжоу в Южно‑Китайском море. Установленные на подводном оборудовании панели заряжали литий‑ионные аккумуляторы на глубинах 2, 6 и 10 метров. За два часа они накопили 1416 мВт·ч на глубине 2 метров, 752 мВт·ч на 6 метрах и 324 мВт·ч на 10 метрах. Запасённой энергии хватило для питания светодиодной панели.

Итак, работа представляет собой практическую морскую демонстрацию подводных перовскитных фотоэлементов на глубине приблизительно 10 метров, а не испытание полноценной подводной солнечной электростанции. В перспективе техника может использоваться для локального питания подводных датчиков, камер, средств связи и автономных морских аппаратов.