В Китае впервые протестировали солнечную электростанцию на глубине 10 метров
Исследователи Юньнаньского университета в Китае испытали перовскитную солнечную батарею на глубине 10 метров. По данным авторов работы, опубликованной в журнале Joule, это первый эксперимент, в котором подобную систему проверили на такой глубине в море.
Идея рассчитана прежде всего на автономные подводные устройства. Камерам, датчикам, детекторам и системам связи нужна энергия, но прокладывать к ним кабели или регулярно менять аккумуляторы на большой глубине сложно.
Главная проблема заключается в самом свете. В воде солнечное излучение быстро ослабевает, а красная часть спектра практически исчезает уже на небольшой глубине. Поэтому обычные кремниевые панели, эффективно работающие с красным светом, здесь теряют значительную часть своей производительности.
Панель адаптировали к свету под водой
Для эксперимента команда Чжан Вэньхуа использовала перовскитный фотоэлемент с широкой запрещенной зоной 1,96 эВ. Такой материал лучше подходит для работы с сине-зеленой частью спектра, которая глубже проникает в морскую воду.
В лабораторных испытаниях, имитировавших условия на глубине 10 метров, миниатюрный элемент площадью всего 0,0895 см² показал эффективность преобразования света в электричество 34,71%. Более крупный модуль площадью 28,79 см² достиг показателя 29,4%.
Однако для подводной установки недостаточно просто получить электричество. Морская вода вызывает коррозию, а давление увеличивается с глубиной. Кроме того, внутрь корпуса не должна попадать вода.
Панель защитили от воды и давления
Для повышения стабильности перовскита исследователи добавили полигексаметиленгуанидин гидрохлорид, или PHMG. Это вещество используется как добавка, помогающая стабилизировать структуру материала.
Сам фотоэлемент закрыли бутилкаучуком и защитным стеклом, а сверху нанесли прозрачную эпоксидную смолу. Получилась герметичная оболочка, защищающая устройство от воды, давления и коррозии.
В испытаниях с соленой водой после 1000 часов погружения элемент сохранил 99,58% первоначальной эффективности. При температуре 25 °C расчетный показатель T80 составил 48 904 часа. Это означает, что за это время элемент, согласно расчету исследователей, должен сохранять не менее 80% исходной производительности.
Панель проверили в Южно-Китайском море
После лабораторных экспериментов ученые испытали систему непосредственно в море. Панель использовали для зарядки литий-ионных аккумуляторов на глубине 2, 6 и 10 метров.
За два часа освещения аккумуляторы получили 1416, 752 и 324 мВт·ч энергии на глубине 2, 6 и 10 метров соответственно. Даже на максимальной глубине этого хватило для питания небольшой светодиодной панели.
Результаты показывают, что даже сильно ослабленный под водой солнечный свет можно использовать для получения энергии. Авторы рассматривают такую технологию прежде всего как способ автономного питания подводных датчиков, камер и систем связи, которым требуется длительная работа без обслуживания.
