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