21. září 2026- Ve významném pokroku v oblasti obnovitelné mořské energie vědci z Číny a Švýcarska úspěšně prokázali perovskitové solární články schopné fungovat 10 metrů pod hladinou oceánu a generovat dostatek elektřiny pro nabíjení lithium-iontových baterií pod vodou. Zjištění zveřejněná 11. září v časopise Cell PressJoule, představují první funkční ověření ponořených solárních článků v hloubce relevantní pro praktické aplikace.
Za mělkými vodami
Po mnoho let se solární energie používá na pevnině, pokud jde o solární články a související technologie, ale shromažďování sluneční energie pod vodou je velmi komplikované. Světlo ve vodě velmi rychle slábne a pod vodou se objevují různé barvy světla. Předchozí testy týkající se podvodní solární energie byly prováděny v maximální hloubce dvou metrů, což je z hlediska skutečného použití stále ještě daleko.
"Velmi málo studií bylo hlášeno o podvodních solárních článcích a všechny jsou zaměřeny na velmi mělké hloubky vody pouze dva metry nebo méně," řekl Wen-Hua Zhang z Yunnan University a Southwest United Graduate School v Kunmingu v Číně, který studii vedl. "Tato práce představuje první funkční ověření ponořených solárních článků prakticky pracujících v hloubce vody až asi 10 metrů, což značně rozšiřuje rozsah jejich použití."
Výzkumný tým, který zahrnoval také výzkumníky ze Švýcarského federálního technologického institutu Lausanne (EPFL), se s touto výzvou vypořádal prostřednictvím strategie materiálů a zařízení zaměřené na perovskitové solární články se širokým pásmem.
Wide-Bandgap Perovskites: Vyladění pro podvodní světlo
Výzkumníci použili perovskity halogenidu olovnatého s bandgapem přibližně 1,96 eV, speciálně navržené tak, aby absorbovalo spektrum modrého až oranžového světla, které dominuje v hloubkách 5 až 10 metrů. Klíčovou novinkou bylo zavedení polyhexamethylenguanidin hydrochloridu (PHMG) jako krystalizační přísady. Toto aditivum moduluje energetické úrovně v perovskitovém materiálu, potlačuje migraci halogenidových iontů, snižuje hustotu defektů a zvyšuje faktory kritické pro stabilitu mřížky pro trvalý provoz pod vodou.
Aby bylo možné přesně vyhodnotit výkon zařízení v podmínkách ponoření, tým vyvinul přizpůsobený laboratorní systém vybavený přizpůsobenými optickými filtry pro simulaci osvětlení pod vodou v různých hloubkách.
Působivé metriky výkonu
Výsledky byly zarážející. Při simulovaném osvětlení o hloubce 10 metrů dosáhly ponořené perovskitové solární články účinnosti přeměny energie 34,71 %. Při standardním solárním osvětlení AM 1,5G dosáhly články účinnosti 17,08 %, přičemž nejlepší zařízení byla certifikována na 16,79 %.
Výsledky testování stability byly stejně optimistické. Bylo zjištěno, že solární panely uložené v přihrádce naplněné dusíkem po dobu 300 dnů při pokojové teplotě si udržely přibližně 96 % své původní účinnosti. Po 1160 hodinách práce v simulovaných podmínkách, které napodobují situaci v hloubce 10 m, navíc nebyl zjištěn žádný rozpad. Navíc prostřednictvím testů zrychleného stárnutí byla životnost T80 odhadnuta na 48 094 hodin (nebo přibližně 5,49 let) při 25 stupních v simulovaném ponořeném prostředí.
Z laboratoře do Jihočínského moře
Tým přešel od laboratorního ověřování k terénním studiím. Připravili velkoplošné perovskitové fotovoltaické moduly a integrovali je do podvodní robotiky. Systémy byly testovány ve 2, 6 a 10 metrech ve vodách ostrovů Weizhou v Jihočínském moři.
Výsledky získané v terénu potvrdily výsledky z laboratorních studií s vysokou přesností. Hloubky umožnily získat elektřinu ve výši 1 416 mWh ve 2 metrech po dobu 2 hodin. V 6 metrech tato čísla klesla na 752 mWh a dále na 324 mWh na vzdálenost 10 metrů – dostačující pro nabíjení lithium-iontových baterií a napájení LED.
"Nejvíce nás překvapilo tolik elektrické energie, které naše velkoplošné moduly generovaly v reálných podmínkách v hloubce 10 metrů po dobu pouhých dvou hodin," řekl Zhang. "Navíc jsme dosáhli škálování z malých laboratorních buněk na velké moduly. Kombinace laboratorních výzkumů a experimentů v terénu poskytuje silný důkaz pro fungování podvodní fotovoltaiky."
Cesta k soběstačné mořské energii
Tento objev má zásadní důsledky v různých oblastech. Solární články ponořené ve vodě mohou být zdrojem nezávislé energie pro nástroje ponořené ve vodě, které mají na starosti monitorování akvakultury, komunikační systémy, autonomní podvodní plavidla a kamery. Podle Zhanga mohou ponořená solární zařízení umožnit ponorkám a autonomním podvodním vozidlům dosáhnout mnohem delších vzdáleností a déle trvajících misí než nyní.
Studie byla podporována Yunling Scholar z provincie Yunnan a National Natural Science Foundation of China. Zhangův tým plánuje pokračovat v testování perovskitových solárních článků v hlubších hloubkách vody, zkoumání provozních limitů podvodní fotovoltaiky a zavádění standardizovaných testovacích protokolů pro tuto vznikající oblast.
Vzhledem k tomu, že více než 70 % povrchu planety tvoří voda, těžba sluneční energie skryté pod mořem otevírá obrovskou nepředvídatelnou cestu k výrobě zelené energie. Nicméně zbývající problémy, jako je biologické znečištění a dlouhodobé dopady na mořskou ekologii, musí být ještě vyřešeny, ale úspěšná demonstrace účinných podvodních solárních článků na 10 metrů je neuvěřitelně důležitým milníkem směrem k vytvoření soběstačných systémů mořské energie.
