Saules paneļi parasti izmanto gaismu, kas pieejama uz sauszemes, taču pētnieku komanda Siminas Ma vadībā Juņnaņas universitātē ir izstrādājusi perovskīta saules šūnu, kas paredzēta elektroenerģijas ražošanai zem ūdens. Šāds risinājums nākotnē varētu nodrošināt autonomas jūras ierīces un zemūdens sensorus.

Perovskīta saules šūnas salīdzinājumā ar silīcija šūnām var būt lētākas, plānākas, elastīgākas un caurspīdīgas. Tās arī spēj efektīvi pārvērst elektrībā lielāku daļu no saņemtās saules enerģijas. Tomēr perovskīti parasti ātri noārdās, un īpaši kaitīgs tiem ir mitrums, tāpēc izmantošana zem ūdens ir tehniski sarežģīta.

Noskaņotas darbam dziļumā

Perovskītu ķīmisko sastāvu iespējams pielāgot tā, lai šūna absorbētu noteiktus gaismas viļņu garumus. Ūdens ātri aiztur viļņu garumus, ko izmanto silīcija paneļi, bet rūpīgi izveidota perovskīta šūna var izmantot zili zaļo gaismu, kas saglabājas arī vairākus metrus zem ūdens. Zemāka gaismas intensitāte un vēsāka vide turklāt var palīdzēt šūnai darboties ilgāk.

Pētnieki šūnas izgatavošanas laikā pielāgoja tās ķīmiju, lai tā absorbētu gaismu, kas pieejama aptuveni 10 metru dziļumā. Galvenais izaicinājums bija nevis gaismas spektra izvēle, bet gan materiāla aizsardzība pret ūdeni.

Šim nolūkam komanda izmantoja piedevu poliheksametilēna guanidīna hidrohlorīdu. Tā izveido ūdeni atgrūdošu slāni ap perovskītu, vienlaikus ietekmē arī kristālisko režģi, veicinot lielāku kristālu veidošanos un ierobežojot jonu pārvietošanos. Tas samazina vairākus tipiskus perovskīta noārdīšanās mehānismus un uzlabo šūnas elektroenerģijas ražošanu.

Laboratorijas testā ar gaismu, kas filtrēta tā, lai atbilstu aptuveni 10 metru dziļumam okeānā, šūna sasniedza aptuveni 35% efektivitāti. Salīdzinājumam — silīcija saules paneļi parasti sasniedz ap 20%.

Testi jūras ūdenī un Dienvidķīnas jūrā

Pēc aizsargkārtu pievienošanas pētnieki izveidoja nelielu saules paneli un pārbaudīja tā izturību. Panelis aptuveni 40 dienas atradās jūras ūdenī filtrētas gaismas apstākļos, un šā perioda beigās tā efektivitāte bija 99,6% no sākotnējās. Pēc šiem rezultātiem pētnieki lēš, ka panelis jūras ūdenī varētu darboties 5,5 gadus, pirms tā efektivitāte samazinātos līdz 80% — robežai, ko parasti uzskata par lietderīgās kalpošanas laiku. Tas ir ievērojami labāk nekā lielākajai daļai iepriekš izstrādāto perovskīta šūnu, lai gan joprojām sliktāk par silīcija paneļiem.

Komanda paneli pārbaudīja arī Dienvidķīnas jūrā, piestiprinot to nelielam aparātam, kas spēja saglabāt noteiktu dziļumu un pozīciju. Panelis pāris stundas katrā no 2, 6 un 10 metru dziļumiem uzlādēja monētu tipa baterijas.

Divu metru dziļumā saražotā jauda diezgan stipri svārstījās, jo saules gaisma mijiedarbojās ar virsmas viļņiem. Lielākā dziļumā gaismas izkliede padarīja apgaismojumu vienmērīgāku, taču vājāku. Desmit metru dziļumā panelis saražoja nedaudz mazāk nekā ceturtdaļu no enerģijas, ko tas nodrošināja divu metru dziļumā.

Pētnieki uzskata, ka šī konstrukcija varētu tikt izmantota autonomās jūras enerģijas sistēmās un zemūdens lietu interneta infrastruktūrā, piemēram, bezpilota zemūdens aparātu vai sensoru darbināšanai. Tomēr lielākā dziļumā gaismas kļūst par maz, lai šūna varētu efektīvi ražot elektrību.

Pētījums publicēts žurnālā Joule. DOI: 10.1016/j.joule.2026.102672.