Китайці створили сонячний елемент для підводного човна, який працює на глибині

Вчені з Китаю здійснили прорив у розробці сонячних елементів для виробництва електрики під водою, яка сама легко поглинає фотони. Це було колосальною проблемою для кремнієвих елементів, але виявилося під силу перовскиту. Відкритий майже 200 років тому в уральських горах мінерал силами китайських вчених подолав свою властиву йому «водобоязнь» і зміг виробляти електрику навіть під товщею води.

Джерело зображення: ІІ-генерація ChatGPT/3DNews

Про розробку в журналі Joule повідомили дослідники з Університету Юньнаня (Yunnan University). Ключова ідея полягала не лише в використанні перовскиту, а в налаштуванні його оптичних властивостей під синьо-зелену частину спектра, яка зберігається на глибині. Оскільки перовскити допускають зміну ширини забороненої зони за рахунок хімічного складу, дослідники змогли створити фотоелемент з широкою забороненою зоною близько 1,96 еВ, оптимізований для розсіяного у воді світла.

Звичайно, для надзвичайно чутливого до вологи перовскиту головною проблемою виявилася не ефективність виробництва, а довговічність: вода особливо швидко руйнує структуру таких сполук. Дослідники додали до складу матеріалу сонячних елементів полігексаметиленгуанідин гідрохлорид (polyhexamethylene guanidine hydrochloride, PHMG), який виконував одразу кілька функцій. Він формував гідрофобний бар'єр, що перешкоджає проникненню води, і одночасно взаємодіяв з кристалічною решіткою перовскиту, що призводило до утворення більших кристалічних елементів і подавляло міграцію іонів, а це один з ключових механізмів деградації перовскитних фотоелементів.

Експеримент показав, що при освітленні, яке своїм спектром відповідало умовам приблизно 10-метрової глибини в океані, елемент продемонстрував ефективність близько 35 %, тобто помітно вище типових приблизно 20 % для кремнієвих сонячних панелей в звичайних атмосферних умовах.

Після створення повноцінного мініатюрного модуля з захисними шарами вчені випробували його в морській воді. Через 40 днів витримки під водою фотоелемент зберіг 99,6 % початкової ефективності. Таким чином, на рівні прогнозів це дає приблизно 5,5 років експлуатації з допустимим зниженням ефективності до 80 % від початкової. Потім прототип випробували вже в Південно-Китайському морі, встановивши його на невелику платформу, здатну утримуватися на заданій глибині. Фотоелемент використовувався для зарядки нікель-кадмієвих акумуляторів на глибинах 2, 6 і 10 м. На двох метрах потужність помітно коливалася через вплив хвиль на сонячне світло, тоді як на більшій глибині освітлення ставало стабільнішим внаслідок розсіювання, але одночасно слабшим: на 10 метрах модуль видавав трохи менше чверті енергії, яку він виробляв на глибині 2 м.

Джерело зображення: Yunnan University

Подібні елементи не замінять наземні сонячні електростанції, але зможуть на місці забезпечувати енергією автономні підводні системи, яким сьогодні доводиться використовувати акумулятори або підживлення з поверхні. Це можуть бути безпілотні підводні апарати, датчики моніторингу океану, елементи підводного інтернету речей та інша малопотужна електроніка. І хоча прототип поки далекий від практичного використання, він впевнено показав здатність працювати на глибинах, а це дорого коштує.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки