Китайские ученые создали уникальный солнечный элемент — он вырабатывает электричество под водой с КПД до 34,71%

Исследователи Юньнаньского университета разработали перовскитную фотоэлектрическую систему, способную вырабатывать электричество под водой на глубине до 10 метров. Технология предназначена для автономного питания подводных датчиков, камер, средств связи и другого оборудования, которому не требуется постоянная замена или подзарядка аккумуляторов.

Главная проблема подводной солнечной энергетики заключается в изменении спектра света с глубиной. Вода активно поглощает красную часть спектра, на которой хорошо работают традиционные кремниевые солнечные элементы. Уже на глубине 10 метров красного света практически не остается — остаются преимущественно синие и зеленые волны.

Чтобы использовать такой свет, ученые выбрали перовскит с шириной запрещенной зоны 1,96 эВ. Его характеристики лучше соответствуют сине-зеленому спектру, сохраняющемуся под водой. Кроме того, перовскитные элементы способны эффективно работать даже при слабом освещении.

Отдельной проблемой стала агрессивная морская среда. Для повышения стабильности материала исследователи добавили в структуру полигексаметиленгуанидин гидрохлорид (PHMG), который улучшает кристаллизацию перовскита.

Миниатюрный фотоэлемент площадью всего 0,0895 см² в лабораторных условиях, имитирующих освещение на глубине 10 метров, показал КПД 34,71%. Эффективность более крупного модуля площадью 28,79 см² составила 29,4%.

Для защиты от воды, давления и коррозии фотоэлементы заключили в многослойную оболочку из бутилкаучука, защитного стекла и прозрачной эпоксидной смолы. После 1000 часов погружения в искусственно созданную морскую воду устройство сохранило 99,58% первоначальной эффективности.

Высокой оказалась и расчетная долговечность системы. При температуре 25 °C показатель T80 составил 48 904 часа. Это означает, что примерно через 5,6 года непрерывной работы элемент должен сохранять не менее 80% первоначальной производительности.

Технологию испытали и в реальных условиях Южно-Китайского моря. Фотоэлементы использовали для зарядки литий-ионных аккумуляторов на глубине 2, 6 и 10 метров. За два часа они накопили соответственно 1416, 752 и 324 мВт·ч энергии. Даже на глубине 10 метров этого оказалось достаточно для питания светодиодной панели.

Разработка может найти применение в автономных подводных системах мониторинга и исследования моря, которым требуется сравнительно небольшое, но стабильное энергоснабжение.