21. september 2026– I et betydelig fremskritt for marin fornybar energi, har forskere fra Kina og Sveits med suksess demonstrert perovskitt-solceller som er i stand til å operere 10 meter under havoverflaten, og generere nok elektrisitet til å lade litium-ion-batterier under vann. Funnene ble publisert 11. september i tidsskriftet Cell PressJoule, representerer den første funksjonelle valideringen av nedsenkede solceller på en dybde som er relevant for praktiske anvendelser.
Utover grunt vann
I mange år har solenergi blitt brukt på land når det gjelder solceller og relaterte teknologier, men å samle solenergi under vann er svært komplisert. Lys blir svakere i vann i en veldig rask hastighet, pluss at forskjellige farger av lys vises under vann. Tidligere tester vedrørende undervannssolenergi ble utført til en maksimal dybde på to meter, noe som fortsatt er et stykke unna å bli realistisk med tanke på faktisk bruk.
"Svært få studier er rapportert på undervannssolceller, og alle er fokusert på svært grunne vanndybder på bare to meter eller mindre," sa Wen-Hua Zhang fra Yunnan University og Southwest United Graduate School i Kunming, Kina, som ledet studien. "Dette arbeidet presenterer den første funksjonelle valideringen av nedsenkede solceller som praktisk talt opererer på en vanndybde på opptil ca. 10 meter, noe som utvider deres anvendelsesområde betydelig."
Forskerteamet, som også inkluderte forskere fra Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL), taklet utfordringen gjennom en material-og-enhetsstrategi sentrert om perovskittsolceller med bred båndgap.
Perovskites med brede bånd: Tuning for undervannslys
Forskerne brukte blyhalogenidperovskitter med et båndgap på omtrent 1,96 eV, spesielt designet for å absorbere det blå-til-oransje lysspekteret som dominerer på dybder på 5 til 10 meter. En nøkkelinnovasjon var introduksjonen av polyheksametylenguanidinhydroklorid (PHMG) som et krystalliseringsadditiv. Dette tilsetningsstoffet modulerer energinivåene i perovskittmaterialet, undertrykker halidionmigrering, reduserer defekttettheten og forbedrer gitterstabilitetskritiske faktorer for varig undervannsdrift.
For å nøyaktig evaluere enhetens ytelse under nedsenkede forhold, utviklet teamet et tilpasset laboratoriesystem utstyrt med skreddersydde optiske filtre for å simulere undervannsbelysning på forskjellige dyp.
Imponerende ytelsesmålinger
Resultatene har vært slående. Under simulert 10 meter dyp belysning oppnådde de neddykkede perovskittsolcellene en effektkonverteringseffektivitet på 34,71 %. Under standard AM 1,5G solbelysning nådde cellene en effektivitet på 17,08 %, med de beste enhetene sertifisert til 16,79 %.
Resultatene fra stabilitetstesting var like optimistiske. Det ble funnet at solcellepaneler lagret i et hanskerom fylt med nitrogen i 300 dager ved romtemperatur opprettholdt rundt 96 % av sin opprinnelige effektivitet. I tillegg ble det ikke funnet noe forfall etter 1160 timers arbeid under simulerte forhold som etterligner situasjonen på 10 meters dyp. Gjennom akselererte aldringstester ble T80-levetiden estimert til å være 48 094 timer (eller rundt 5,49 år) ved 25 grader i et simulert nedsenket miljø.
Fra laboratorium til Sør-Kinahavet
Teamet skiftet fra laboratorievalidering til feltstudier. De forberedte store perovskitt-fotovoltaiske moduler og integrerte dem i undervannsrobotikk. Systemene ble testet på 2, 6 og 10 meter i vannet på Weizhou-øyene i Sør-Kinahavet.
Resultatene oppnådd i feltet bekreftet de fra laboratoriestudier med høy nøyaktighet. Dybdene gjorde det mulig å få strøm på 1416 mWh på 2 meter i tidsrammen på 2 timer. Ved 6 meter sank tallet til 752 mWh, og videre til 324 mWh i en avstand på 10 meter - nok til å lade litium-ion-batterier og strøm-LED.
"Det som overrasket oss mest var så mye elektrisk energi som våre store moduler genererte under virkelige forhold på 10 meters vanndybde i bare to timer," sa Zhang. "Vi har dessuten oppnådd skalering fra små laboratorieceller til store moduler. Kombinasjonen av laboratorieundersøkelsene og felteksperimentene gir sterke bevis for driften av solceller under vann."
En vei mot selvopprettholdt marin energi
Denne oppdagelsen har store konsekvenser på ulike områder. Solceller nedsenket i vannet kan være en kilde til uavhengig energi for verktøy nedsenket i vann som har ansvaret for å overvåke akvakultur, kommunikasjonssystemer, autonome undervannsfartøyer og kameraer. I følge Zhang kan nedsenkede solenergienheter tillate ubåter og autonome undervannsfarkoster å oppnå mye lengre avstander og lengre varige oppdrag enn nå.
Studien ble støttet av Yunling Scholar fra Yunnan-provinsen og National Natural Science Foundation of China. Zhangs team planlegger å fortsette å teste perovskitt-solceller på dypere vanndyp, undersøke driftsgrensene for undervanns solceller og etablere standardiserte testprotokoller for dette nye feltet.
Når man ser at over 70 % av planetens overflate er laget av vann, åpner utvinningen av solenergi skjult under havet en enorm uforutsigbar vei for grønn energiproduksjon. Likevel har de gjenværende problemene som biobegroing og langsiktige påvirkninger på marin økologi ennå ikke blitt løst, men den vellykkede demonstrasjonen av effektive undervannssolceller på 10 meter er en utrolig viktig milepæl mot etableringen av selvforsynte marine energisystemer.
