Китайские учёные совершили прорыв в создании солнечных элементов, способных вырабатывать электричество под водой — средой, которая сама активно поглощает фотоны. Для кремниевых ячеек это было серьёзной проблемой, но перовскит справился с задачей.
Исследователи из Университета Юньнаня опубликовали результаты работы в журнале Joule. Минерал перовскит, открытый почти 200 лет назад на Урале, удалось «научить» преодолевать свойственную ему чувствительность к воде и эффективно работать на глубине.
Ключевая идея — не просто использовать перовскит, а настроить его оптические свойства под сине-зелёную часть спектра, которая сохраняется на глубине. Благодаря возможности менять ширину запрещённой зоны через химический состав, учёные создали элемент с зоной около 1,96 эВ, оптимизированный под рассеянный подводный свет.
В условиях, соответствующих спектру на глубине около 10 метров, эффективность элемента достигла примерно 35% — заметно выше типичных 20% для кремниевых панелей на поверхности.
Главной проблемой перовскита оставалась не выработка энергии, а долговечность: вода быстро разрушает структуру материала. Учёные добавили в состав полигексаметиленгуанидин гидрохлорид (PHMG), который создал гидрофобный барьер и одновременно укрупнил кристаллы материала, подавив миграцию ионов — один из главных механизмов деградации.
После создания миниатюрного модуля с защитными слоями его испытали в морской воде. Через 40 суток фотоэлемент сохранил 99,6% первоначальной эффективности, что по прогнозам соответствует примерно 5,5 годам эксплуатации до снижения эффективности до 80% от начальной.
Далее прототип испытали в Южно-Китайском море на платформе, удерживаемой на заданной глубине. Элемент заряжал никель-кадмиевые аккумуляторы на глубинах 2, 6 и 10 метров. На двух метрах мощность колебалась из-за волн, а на больших глубинах освещение было стабильнее, но слабее — на 10 метрах модуль выдавал менее четверти мощности по сравнению с глубиной 2 метра.
Такие элементы не заменят наземные солнечные станции, но смогут снабжать энергией автономные подводные системы — необитаемые аппараты, датчики мониторинга океана, устройства подводного интернета вещей — вместо аккумуляторов или питания с поверхности. Прототип пока далёк от практического применения, но уже доказал способность работать на глубине.