Un nou tip de celulă solară din perovskit a generat energie electrică timp de două ore la 10 metri adâncime, în Marea Chinei de Sud, depășind cu mult limitele explorate anterior pentru fotovoltaicele subacvatice.

Celulele solare oferă de multă vreme energie curată pentru tehnologiile de pe uscat, dar recoltarea energiei solare sub apă a rămas o provocare, întrucât intensitatea luminii scade rapid pe măsură ce adâncimea crește. Senzorii, camerele și sistemele de comunicații folosite pentru monitorizarea acvaculturii, a recifelor, a conductelor sau a operațiunilor de exploatare minieră de mare adâncime depind, în prezent, de baterii care trebuie schimbate periodic prin intermediul navelor sau reîncărcate prin cabluri costisitoare întinse până la țărm. Autonomia redusă a bateriilor este, de multă vreme, principalul obstacol pentru dispozitivele subacvatice, iar recuperarea unui senzor doar pentru a-i schimba bateria poate costa mai mult decât senzorul însuși.

O celulă construită special pentru lumina care supraviețuiește sub apă

O echipă de cercetători de la Universitatea Yunnan și Southwest United Graduate School din Kunming, China, a dezvoltat un sistem de laborator personalizat, cu filtre optice adaptate, pentru a simula iluminarea subacvatică la diverse adâncimi. Testele au arătat că, la 10 metri sub suprafață, spectrul de lumină rămas este o bandă îngustă, de la albastru la portocaliu, foarte diferită de spectrul solar complet care ajunge la un dispozitiv aflat pe uscat. O celulă concepută pentru suprafață irosește, astfel, cea mai mare parte din potențialul ei atunci când este scufundată.

Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii au folosit un perovskit cu bandă interzisă largă, de aproximativ 1,96 electronvolți, ajustat pentru a răspunde puternic la lumina albastru-verzuie care supraviețuiește sub apă. Echipa a adăugat, de asemenea, un polimer numit PHMG, care a ajutat perovskitul să formeze o structură cristalină mai stabilă și a redus defectele care pot afecta performanța electrică a celulei. „Foarte puține studii au fost realizate despre celulele solare subacvatice, iar toate s-au concentrat pe adâncimi foarte mici, de doar doi metri sau mai puțin, un scenariu departe de cerințele aplicațiilor practice”, a explicat Wen-Hua Zhang, autorul studiului.

Testul din Marea Chinei de Sud

Dispozitivele au fost testate în condiții reale la 10 metri adâncime, în largul Insulelor Weizhou din Marea Chinei de Sud, unde module de suprafață mare au generat 324 de miliwați-oră de electricitate în două ore de iluminare submersă, suficient pentru a încărca baterii litiu-ion și pentru a alimenta un panou de LED-uri. Pe baza acestor rezultate, cercetătorii estimează că celulele ar putea funcționa continuu la 10 metri adâncime timp de aproximativ 5,5 ani.

Stabilitatea celulelor a fost la fel de importantă ca performanța lor inițială. După ce au fost păstrate 300 de zile într-o cameră cu atmosferă de azot, celulele și-au menținut aproximativ 96% din eficiența inițială, iar după 1.160 de ore în condiții simulate de funcționare aproape că nu au prezentat nicio degradare. O analiză publicată în 2020, tot în revista Joule, estimase teoretic că fotovoltaicele subacvatice ar putea rămâne utile până la adâncimi de circa 50 de metri, în ape excepțional de limpezi, cu o bandă interzisă optimă de aproximativ 2,1 electronvolți la adâncimi intermediare, o valoare apropiată de cea folosită acum, în premieră, într-o aplicație practică.

Rezultatele arată că barajul principal pentru fotovoltaicele subacvatice nu mai este tehnologia în sine, ci adaptarea ei fină la lumina care reușește să străbată apa, iar 10 metri sunt doar primul reper real dintr-o adâncime care ar putea merge mult mai jos.

---

Sursă: Wen-Hua Zhang et al., Universitatea Yunnan și Southwest United Graduate School, Kunming, China, Joule — „Submerged Solar Harvesting with Wide-Bandgap Perovskites for Autonomous Underwater Energy Systems”