Китайские исследователи разработали подводную солнечную батарею с рекордным КПД 34,71%

Научный коллектив Юньнаньского университета создал инновационную перовскитную фотоэлектрическую установку, способную генерировать электроэнергию на подводной глубине до 10 метров. Решение создано для автономного энергообеспечения подводных сенсоров, оптических приборов, коммуникационных модулей и прочей аппаратуры, избавленной от необходимости регулярного обслуживания или смены батарей.

Ключевой сложностью подводной фотоэнергетики выступает трансформация светового спектра по мере погружения. Толща воды интенсивно поглощает длинноволновую красную область, оптимальную для классических кремниевых батарей. Уже на десятиметровой отметке красный свет практически исчезает, уступая место сине-зеленому излучению.

Для улавливания именно такого излучения специалисты задействовали перовскит с шириной запрещенной зоны 1,96 эВ. Его параметры идеально адаптированы под доминирующие на глубине сине-зеленые волны. Более того, перовскитные матрицы демонстрируют высокую продуктивность в условиях дефицита света.

Серьезным препятствием также выступала агрессивность водной среды. Ради укрепления устойчивости материала физики внедрили в его структуру полигексаметиленгуанидин гидрохлорид (PHMG), оптимизирующий процессы кристаллизации перовскита.

Компактный фотопреобразователь размером всего 0,0895 см² в лаборатории, моделирующей условия десятиметровой глубины, продемонстрировал коэффициент полезного действия на уровне 34,71%. Производительность более крупного модуля площадью 28,79 см² достигла 29,4%.

С целью изоляции от влаги, гидростатического давления и коррозийных процессов батареи поместили в прочный композитный кожух, состоящий из бутилкаучукового слоя, защитного стекла и оптически прозрачной эпоксидной смолы. Тысячечасовое пребывание в искусственной морской воде привело к сохранению 99,58% исходной эффективности прибора.

Впечатляющими оказались и прогностические показатели износостойкости. При температурной отметке в 25 °C метрика T80 зафиксирована на уровне 48 904 часов. Следовательно, по истечении почти 5,6 года перманентного функционирования устройство гарантированно сохранит минимум 80% изначальной мощности.

Инновацию протестировали в акватории Южно-Китайского моря. Солнечные панели задействовали для подпитки литий-ионных аккумуляторов на глубинах 2, 6 и 10 метров. Двухчасовая сессия позволила аккумулировать 1416, 752 и 324 мВт·ч соответственно. Даже на предельной глубине в 10 метров полученного заряда хватило для активации светодиодного модуля.

Представленная разработка перспективна для развертывания автономных океанографических станций и систем экологического мониторинга, нуждающихся в умеренном, но непрерывном энергоснабжении.

Источник: iXBT