21 Σεπτεμβρίου 2026- Σε μια σημαντική πρόοδο για τις θαλάσσιες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, ερευνητές από την Κίνα και την Ελβετία επέδειξαν επιτυχώς ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη ικανά να λειτουργούν 10 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του ωκεανού, παράγοντας αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για να φορτίζουν μπαταρίες ιόντων λιθίου υποβρύχια. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στις 11 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό Cell PressΜονάδα ενέργειας ή έργου, αντιπροσωπεύουν την πρώτη λειτουργική επικύρωση βυθισμένων ηλιακών κυψελών σε βάθος σχετικό με πρακτικές εφαρμογές.
Πέρα από τα ρηχά νερά
Για πολλά χρόνια, η ηλιακή ενέργεια έχει χρησιμοποιηθεί στην ξηρά όσον αφορά τα ηλιακά κύτταρα και τις σχετικές τεχνολογίες, αλλά η συλλογή ηλιακής ενέργειας κάτω από το νερό είναι πολύ περίπλοκη. Το φως εξασθενεί στο νερό με πολύ γρήγορο ρυθμό, ενώ διάφορα χρώματα φωτός εμφανίζονται κάτω από το νερό. Προηγούμενες δοκιμές σχετικά με την υποβρύχια ηλιακή ενέργεια διεξήχθησαν σε μέγιστο βάθος δύο μέτρων, το οποίο απέχει ακόμη πολύ από το να γίνει ρεαλιστικό όσον αφορά την πραγματική εφαρμογή.
«Πολύ λίγες μελέτες έχουν αναφερθεί για υποβρύχια ηλιακά κύτταρα και όλες επικεντρώνονται σε πολύ ρηχά βάθη μόνο δύο μέτρων ή λιγότερο», δήλωσε ο Wen-Hua Zhang από το Πανεπιστήμιο Yunnan και το Southwest United Graduate School στο Kunming της Κίνας, που ηγήθηκε της μελέτης. «Αυτή η εργασία παρουσιάζει την πρώτη λειτουργική επικύρωση βυθισμένων ηλιακών κυψελών που λειτουργούν πρακτικά σε βάθος νερού έως περίπου 10 μέτρα, διευρύνοντας σημαντικά το πεδίο εφαρμογής τους».
Η ερευνητική ομάδα, η οποία περιλάμβανε επίσης ερευνητές από το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Λωζάννης (EPFL), αντιμετώπισε την πρόκληση μέσω μιας στρατηγικής υλικών και συσκευών με επίκεντρο τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη ευρείας ζώνης.
Perovskites Wide-Bandgap: Tuning for Underwater Light
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν περοβσκίτες αλογονιδίου μολύβδου με διάκενο ζώνης περίπου 1,96 eV, ειδικά σχεδιασμένοι για να απορροφούν το μπλε-προς-πορτοκαλί φάσμα φωτός που κυριαρχεί σε βάθη από 5 έως 10 μέτρα. Μια βασική καινοτομία ήταν η εισαγωγή της υδροχλωρικής πολυεξαμεθυλενο γουανιδίνης (PHMG) ως πρόσθετο κρυστάλλωσης. Αυτό το πρόσθετο ρυθμίζει τα επίπεδα ενέργειας μέσα στο υλικό περοβσκίτη, καταστέλλει τη μετανάστευση ιόντων αλογονιδίου, μειώνει την πυκνότητα ελαττώματος και ενισχύει τους κρίσιμους παράγοντες σταθερότητας του πλέγματος για ανθεκτική υποβρύχια λειτουργία.
Για να αξιολογήσει με ακρίβεια την απόδοση της συσκευής σε συνθήκες βύθισης, η ομάδα ανέπτυξε ένα προσαρμοσμένο εργαστηριακό σύστημα εξοπλισμένο με προσαρμοσμένα οπτικά φίλτρα για την προσομοίωση του υποβρύχιου φωτισμού σε διάφορα βάθη.
Εντυπωσιακές μετρήσεις απόδοσης
Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά. Υπό προσομοιωμένο φωτισμό βάθους 10 μέτρων, οι βυθισμένες ηλιακές κυψέλες περοβσκίτη πέτυχαν απόδοση μετατροπής ισχύος 34,71%. Κάτω από τον τυπικό ηλιακό φωτισμό AM 1.5G, οι κυψέλες έφτασαν σε απόδοση 17,08%, με τις καλύτερες συσκευές να πιστοποιούνται στο 16,79%.
Τα αποτελέσματα από τις δοκιμές σταθερότητας ήταν εξίσου αισιόδοξα. Διαπιστώθηκε ότι τα ηλιακά πάνελ που ήταν αποθηκευμένα σε ντουλάπι γαντιών γεμάτο με άζωτο για 300 ημέρες σε θερμοκρασία δωματίου διατήρησαν περίπου το 96% της αρχικής τους απόδοσης. Επιπλέον, δεν βρέθηκε αποσύνθεση μετά από 1.160 ώρες εργασίας σε προσομοιωμένες συνθήκες που μιμούνται την κατάσταση σε βάθος 10 μέτρων. Επιπλέον, μέσω δοκιμών επιταχυνόμενης γήρανσης, η διάρκεια ζωής του T80 υπολογίστηκε ότι ήταν 48.094 ώρες (ή περίπου 5,49 χρόνια) στις 25 μοίρες σε ένα προσομοιωμένο βυθισμένο περιβάλλον.
Από το Εργαστήριο στη Θάλασσα της Νότιας Κίνας
Η ομάδα μεταπήδησε από την εργαστηριακή επικύρωση σε μελέτες πεδίου. Προετοίμασαν φωτοβολταϊκές μονάδες περοβσκίτη μεγάλης περιοχής και τις ενσωμάτωσαν στην υποβρύχια ρομποτική. Τα συστήματα δοκιμάστηκαν στα 2, 6 και 10 μέτρα στα νερά των νησιών Weizhou στη Θάλασσα της Νότιας Κίνας.
Τα αποτελέσματα που προέκυψαν στο πεδίο επιβεβαίωσαν τα αποτελέσματα από εργαστηριακές μελέτες με υψηλή ακρίβεια. Τα βάθη επέτρεψαν την απόκτηση ηλεκτρικής ενέργειας 1.416 mWh στα 2 μέτρα για χρονικό διάστημα 2 ωρών. Στα 6 μέτρα αυτός ο αριθμός μειώθηκε στα 752 mWh και περαιτέρω στα 324 mWh σε απόσταση 10 μέτρων - αρκετά για τη φόρτιση μπαταριών ιόντων λιθίου και τροφοδοσίας LED.
«Αυτό που μας εξέπληξε περισσότερο ήταν τόση ηλεκτρική ενέργεια που παρήγαγαν οι μονάδες μεγάλης περιοχής μας σε πραγματικές συνθήκες σε βάθος νερού 10 μέτρων για μόνο δύο ώρες», είπε ο Zhang. "Επιπλέον, έχουμε επιτύχει κλιμάκωση από κυψέλες εργαστηρίου μικρής περιοχής σε μονάδες μεγάλου μεγέθους. Ο συνδυασμός των εργαστηριακών ερευνών και των πειραμάτων στο πεδίο παρέχει ισχυρές αποδείξεις για τη λειτουργία υποβρύχιων φωτοβολταϊκών."
Μια πορεία προς την αυτοσυντηρούμενη θαλάσσια ενέργεια
Αυτή η ανακάλυψη έχει σημαντικές συνέπειες σε διάφορους τομείς. Οι ηλιακές κυψέλες που βυθίζονται στο νερό μπορεί να είναι μια πηγή ανεξάρτητης ενέργειας για εργαλεία βυθισμένα στο νερό που είναι υπεύθυνα για την παρακολούθηση της υδατοκαλλιέργειας, των συστημάτων επικοινωνίας, των αυτόνομων υποβρύχιων σκαφών και των καμερών. Σύμφωνα με τον Zhang, οι βυθισμένες ηλιακές συσκευές μπορούν να επιτρέψουν σε υποβρύχια και αυτόνομα υποβρύχια οχήματα να επιτύχουν πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις και πιο μακροχρόνιες αποστολές από τώρα.
Η μελέτη υποστηρίχθηκε από τον υπότροφο Yunling της επαρχίας Yunnan και το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας. Η ομάδα του Zhang σχεδιάζει να συνεχίσει τις δοκιμές ηλιακών κυψελών περοβσκίτη σε μεγαλύτερα βάθη νερού, διερευνώντας τα λειτουργικά όρια των υποβρύχιων φωτοβολταϊκών και καθιερώνοντας τυποποιημένα πρωτόκολλα δοκιμών για αυτό το αναδυόμενο πεδίο.
Βλέποντας ότι πάνω από το 70% της επιφάνειας του πλανήτη αποτελείται από νερό, η εξόρυξη ηλιακής ενέργειας που κρύβεται κάτω από τη θάλασσα ανοίγει μια τεράστια απρόβλεπτη λεωφόρο παραγωγής πράσινης ενέργειας. Ωστόσο, τα εναπομείναντα ζητήματα όπως η βιορρύπανση και οι μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στη θαλάσσια οικολογία δεν έχουν ακόμη επιλυθεί, αλλά η επιτυχής επίδειξη αποτελεσματικών υποβρύχιων ηλιακών κυψελών στα 10 μέτρα είναι ένα απίστευτα σημαντικό ορόσημο για τη δημιουργία αυτάρκων θαλάσσιων ενεργειακών συστημάτων.
