21 سپتامبر 2026- در یک پیشرفت قابل توجه برای انرژی های تجدیدپذیر دریایی، محققان چینی و سوئیس با موفقیت سلول های خورشیدی پروسکایتی را نشان دادند که قادر به کار در عمق 10 متری زیر سطح اقیانوس هستند و برق کافی برای شارژ باتری های لیتیوم یونی را در زیر آب تولید می کنند. این یافته ها در 11 سپتامبر در مجله Cell Press منتشر شدژول، نشان دهنده اولین تایید عملکردی سلول های خورشیدی غوطه ور در عمق مربوط به کاربردهای عملی است.
فراتر از آب های کم عمق
سال‌هاست که از انرژی خورشیدی در خشکی از نظر سلول‌های خورشیدی و فناوری‌های مرتبط استفاده می‌شود، اما جمع‌آوری انرژی خورشیدی در زیر آب بسیار پیچیده است. نور در آب با سرعت بسیار سریع ضعیف تر می شود، به علاوه رنگ های مختلف نور در زیر آب ظاهر می شود. آزمایش‌های قبلی در مورد انرژی خورشیدی زیر آب تا عمق حداکثر دو متری انجام شد که هنوز از نظر کاربرد واقعی تا واقعی شدن فاصله زیادی دارد.
ون هوآ ژانگ از دانشگاه یوننان و مدرسه فارغ التحصیلی جنوب غربی در کونمینگ چین که رهبری این مطالعه را برعهده داشت، گفت: «مطالعات بسیار کمی در مورد سلول‌های خورشیدی زیر آب گزارش شده‌اند و همه آنها بر روی عمق آب بسیار کم عمق تنها دو متر یا کمتر متمرکز شده‌اند. این کار اولین تأیید عملکردی سلول‌های خورشیدی غوطه‌ور را ارائه می‌کند که عملاً در عمق آب تا حدود 10 متر کار می‌کنند و دامنه کاربرد آنها را تا حد زیادی گسترش می‌دهد.»
این تیم تحقیقاتی که شامل محققانی از موسسه فناوری فدرال سوئیس لوزان (EPFL) نیز می‌شد، از طریق استراتژی مواد و دستگاه‌ها با محوریت سلول‌های خورشیدی پروسکایتی با فاصله باند گسترده با این چالش مقابله کرد.
پروسکایت های پهن باند: تنظیم برای نور زیر آب
محققان از پروسکایت های هالید سرب با گپ تقریباً 1.96 eV استفاده کردند که به طور خاص برای جذب طیف نور آبی تا نارنجی که در عمق 5 تا 10 متری غالب است طراحی شده است. یک نوآوری کلیدی، معرفی پلی هگزا متیلن گوانیدین هیدروکلراید (PHMG) به عنوان یک افزودنی کریستالیزاسیون بود. این افزودنی سطوح انرژی را در مواد پروسکایت تعدیل می‌کند، مهاجرت یون هالید را سرکوب می‌کند، تراکم نقص را کاهش می‌دهد و عوامل حیاتی پایداری شبکه را برای عملیات بادوام در زیر آب افزایش می‌دهد.
برای ارزیابی دقیق عملکرد دستگاه در شرایط غوطه‌وری، این تیم یک سیستم آزمایشگاهی سفارشی مجهز به فیلترهای نوری مناسب برای شبیه‌سازی روشنایی زیر آب در اعماق مختلف توسعه دادند.
معیارهای عملکرد چشمگیر
نتایج قابل توجه بوده است. سلول‌های خورشیدی پروسکایتی غوطه‌ور تحت نور شبیه‌سازی شده به عمق 10 متر، بازده تبدیل توان 34.71 درصد را به دست آوردند. تحت نور خورشیدی استاندارد AM 1.5G، سلول‌ها به بازده 17.08 درصد رسیدند و بهترین دستگاه‌ها با 16.79 درصد تأیید شدند.
نتایج حاصل از تست پایداری به همان اندازه خوش بینانه بود. مشخص شد که پنل های خورشیدی ذخیره شده در یک جعبه دستکش پر از نیتروژن به مدت 300 روز در دمای اتاق حدود 96 درصد از بازده اولیه خود را حفظ کردند. علاوه بر این، هیچ پوسیدگی پس از 1160 ساعت کار در شرایط شبیه سازی شده که موقعیت را در عمق 10 متری تقلید می کند، یافت نشد. علاوه بر این، از طریق آزمایش های پیری تسریع شده، طول عمر T80 در دمای 25 درجه در یک محیط غوطه ور شبیه سازی شده 48094 ساعت (یا حدود 5.49 سال) برآورد شد.
از آزمایشگاه تا دریای چین جنوبی
تیم از اعتبار سنجی آزمایشگاهی به مطالعات میدانی تغییر مکان داد. آنها ماژول های فتوولتائیک پروسکایتی را با مساحت بزرگ تهیه کردند و آنها را در رباتیک زیر آب ادغام کردند. این سیستم ها در عمق های 2، 6 و 10 متری در آب های جزایر ویژو در دریای چین جنوبی آزمایش شدند.
نتایج به‌دست‌آمده در میدان، نتایج حاصل از مطالعات آزمایشگاهی را با دقت بالا تأیید کرد. این اعماق امکان دستیابی به برق 1416 مگاوات ساعت در 2 متر را برای بازه زمانی 2 ساعت فراهم کرد. در فاصله 6 متری این اعداد به 752 میلی‌وات ساعت کاهش یافت و در فاصله 10 متری به 324 میلی‌وات ساعت کاهش یافت که برای شارژ باتری‌های لیتیوم یون و LEDهای برق کافی است.
ژانگ گفت: «چیزی که ما را بیش از همه شگفت‌زده کرد، انرژی الکتریکی زیادی بود که ماژول‌های منطقه بزرگ ما در شرایط واقعی در عمق 10 متری آب تنها به مدت دو ساعت تولید کردند. "علاوه بر این، ما به مقیاس بندی از سلول های آزمایشگاهی با مساحت کوچک به ماژول های بزرگ دست یافته ایم. ترکیبی از تحقیقات آزمایشگاهی و آزمایش های میدانی شواهد قوی برای عملکرد فتوولتائیک های زیر آب ارائه می دهد."
مسیری به سوی انرژی دریایی خودپایدار
این کشف پیامدهای عمده ای را در مناطق مختلف شکل می دهد. سلول های خورشیدی غوطه ور در آب ممکن است منبع انرژی مستقل برای ابزارهای غوطه ور در آب باشد که وظیفه نظارت بر آبزی پروری، سیستم های ارتباطی، کشتی های زیر آب مستقل و دوربین ها را بر عهده دارند. به گفته ژانگ، دستگاه‌های خورشیدی غوطه‌ور ممکن است به زیردریایی‌ها و وسایل نقلیه زیردریایی خودمختار اجازه دهند تا مسافت‌های بسیار طولانی‌تر و ماموریت‌های طولانی‌تری را نسبت به الان انجام دهند.
این مطالعه توسط محقق یونلینگ استان یوننان و بنیاد ملی علوم طبیعی چین حمایت شد. تیم ژانگ قصد دارد به آزمایش سلول‌های خورشیدی پروسکایتی در اعماق عمیق‌تر آب، بررسی محدودیت‌های عملیاتی فتوولتائیک‌های زیر آب و ایجاد پروتکل‌های تست استاندارد برای این میدان نوظهور ادامه دهد.
با مشاهده اینکه بیش از 70 درصد از سطح سیاره از آب تشکیل شده است، استخراج انرژی خورشیدی پنهان شده در زیر دریا، مسیر عظیم غیرقابل پیش بینی تولید انرژی سبز را باز می کند. با این وجود، مسائل باقی مانده مانند رسوب زیستی و اثرات طولانی مدت بر اکولوژی دریایی هنوز حل نشده اند، اما نمایش موفقیت آمیز سلول های خورشیدی زیر آب در عمق 10 متری نقطه عطف فوق العاده مهمی در جهت ایجاد سیستم های انرژی دریایی خودکفا است.
