21. septembra 2026- Kao značajan napredak za morsku obnovljivu energiju, istraživači iz Kine i Švicarske uspješno su demonstrirali perovskitne solarne ćelije sposobne da rade 10 metara ispod površine okeana, stvarajući dovoljno električne energije za punjenje litijum-jonskih baterija pod vodom. Nalazi su objavljeni 11. septembra u časopisu Cell PressJoule, predstavljaju prvu funkcionalnu validaciju potopljenih solarnih ćelija na dubini relevantnoj za praktične primjene.
Beyond plitkih voda
Dugi niz godina solarna energija se koristi na kopnu u smislu solarnih ćelija i srodnih tehnologija, ali je prikupljanje solarne energije pod vodom vrlo komplikovano. Svjetlost postaje slabija u vodi vrlo brzo, plus različite boje svjetlosti se pojavljuju pod vodom. Dosadašnja ispitivanja podvodne solarne energije provedena su do maksimalne dubine od dva metra, što je još uvijek daleko od realnosti u smislu stvarne primjene.
"Prijavljeno je vrlo malo studija o podvodnim solarnim ćelijama, a sve su fokusirane na vrlo plitke dubine vode od samo dva metra ili manje", rekao je Wen-Hua Zhang sa Univerziteta Yunnan i Southwest United Graduate School u Kunmingu u Kini, koji je vodio studiju. "Ovaj rad predstavlja prvu funkcionalnu validaciju potopljenih solarnih ćelija koje praktično rade na dubini vode do oko 10 metara, uvelike proširujući opseg njihove primjene."
Istraživački tim, koji je također uključivao istraživače sa Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju u Lozani (EPFL), uhvatio se u koštac s izazovom kroz strategiju materijala i uređaja usredsređenu na solarne ćelije od perovskita širokog pojasa.
Perovskiti širokog pojasa: podešavanje za podvodno svjetlo
Istraživači su koristili olovo-halogenid perovskite sa razmakom od približno 1,96 eV, posebno dizajnirane da apsorbuju plavo-narandžasti spektar svjetlosti koji dominira na dubinama od 5 do 10 metara. Ključna inovacija je uvođenje poliheksametilen gvanidin hidrohlorida (PHMG) kao aditiva za kristalizaciju. Ovaj aditiv modulira nivoe energije unutar perovskitnog materijala, potiskuje migraciju halogenih jona, smanjuje gustinu defekata i poboljšava kritične faktore stabilnosti rešetke za izdržljiv rad pod vodom.
Da bi precizno procenio performanse uređaja u potopljenim uslovima, tim je razvio prilagođeni laboratorijski sistem opremljen prilagođenim optičkim filterima za simulaciju podvodnog osvetljenja na različitim dubinama.
Impresivna metrika performansi
Rezultati su zapanjujući. Pod simuliranim osvjetljenjem dubine 10 metara, potopljene solarne ćelije iz perovskita postigle su efikasnost konverzije energije od 34,71%. Pod standardnim AM 1,5G solarnim osvjetljenjem, ćelije su dostigle efikasnost od 17,08%, a najbolji uređaji su certificirani na 16,79%.
Rezultati ispitivanja stabilnosti bili su podjednako optimistični. Utvrđeno je da solarni paneli pohranjeni u pretincu za rukavice napunjenom dušikom 300 dana na sobnoj temperaturi održavaju oko 96% svoje početne efikasnosti. Osim toga, nije pronađeno propadanje nakon 1.160 sati rada u simuliranim uvjetima koji oponašaju situaciju na dubini od 10 m. Nadalje, kroz testove ubrzanog starenja, životni vijek T80 procijenjen je na 48.094 sata (ili oko 5,49 godina) na 25 stepeni u simuliranom potopljenom okruženju.
Od laboratorije do Južnog kineskog mora
Tim je prešao sa laboratorijske validacije na terenske studije. Pripremili su fotonaponske module iz perovskita velike površine i integrirali ih u podvodnu robotiku. Sistemi su testirani na 2, 6 i 10 metara u vodama ostrva Weizhou u Južnom kineskom moru.
Rezultati dobiveni na terenu potvrdili su rezultate laboratorijskih studija s visokom preciznošću. Dubine su omogućile dobijanje električne energije u iznosu od 1.416 mWh na 2 metra u vremenskom periodu od 2 sata. Na 6 metara taj je broj pao na 752 mWh, a dalje na 324 mWh na udaljenosti od 10 metara - dovoljno za punjenje litijum-jonskih baterija i napajanje LED dioda.
"Ono što nas je najviše iznenadilo je tolika količina električne energije koju su naši moduli velike površine generirali u stvarnim uvjetima na dubini od 10 metara vode za samo dva sata", rekao je Zhang. "Štaviše, postigli smo skaliranje od laboratorijskih ćelija male površine do modula velikih dimenzija. Kombinacija laboratorijskih istraživanja i eksperimenata na terenu pruža snažne dokaze za rad podvodnih fotonaponskih uređaja."
Put ka samoodrživoj morskoj energiji
Ovo otkriće stvara velike posljedice u različitim područjima. Solarne ćelije potopljene u vodu mogu biti izvor nezavisne energije za alate potopljene u vodu koji su zaduženi za praćenje akvakulture, komunikacionih sistema, autonomnih podvodnih plovila i kamera. Prema Zhangu, potopljeni solarni uređaji mogu omogućiti podmornicama i autonomnim podvodnim vozilima da postignu mnogo veće udaljenosti i dugotrajnije misije nego sada.
Studiju su podržali Yunling Scholar iz provincije Yunnan i Nacionalna fondacija za prirodne nauke Kine. Zhangov tim planira nastaviti s testiranjem solarnih ćelija iz perovskita na dubljim dubinama vode, istražujući operativne granice podvodnih fotonaponskih uređaja i uspostavljajući standardizirane protokole testiranja za ovo područje u nastajanju.
Budući da je više od 70% površine planete sastavljeno od vode, vađenje sunčeve energije skrivene pod morem otvara ogroman nepredvidiv put proizvodnje zelene energije. Ipak, preostala pitanja poput biološkog obraštanja i dugoročnih uticaja na ekologiju mora tek treba da budu riješena, ali uspješna demonstracija učinkovitih podvodnih solarnih ćelija na 10 metara je nevjerovatno važna prekretnica ka stvaranju samodovoljnih morskih energetskih sistema.
