21 Eylül 2026- Çin ve İsviçre'den araştırmacılar, denizde yenilenebilir enerji alanında kayda değer bir ilerleme sağlayarak, okyanus yüzeyinin 10 metre altında çalışabilen ve su altında lityum iyon pilleri şarj etmeye yetecek kadar elektrik üretebilen perovskit güneş pillerini başarıyla gösterdiler. Bulgular 11 Eylül'de Cell Press dergisinde yayınlandıJoule, batık güneş pillerinin pratik uygulamalarla ilgili derinlikteki ilk işlevsel doğrulamasını temsil eder.
Sığ Suların Ötesinde
Uzun yıllardır güneş pilleri ve ilgili teknolojiler açısından güneş enerjisi karada kullanılıyor ancak güneş enerjisinin su altında toplanması oldukça karmaşık. Işık suda çok hızlı bir şekilde zayıflar, ayrıca su altında çeşitli ışık renkleri ortaya çıkar. Su altı güneş enerjisiyle ilgili önceki testler maksimum iki metre derinliğe kadar gerçekleştirilmişti; bu da gerçek uygulama açısından gerçekçi olmaktan hala çok uzak.
Çalışmayı yöneten Yunnan Üniversitesi ve Çin'in Kunming kentindeki Southwest United Graduate School'dan Wen-Hua Zhang, "Sualtı güneş pilleri üzerine çok az sayıda çalışma rapor edildi ve bunların hepsi yalnızca iki metre veya daha az çok sığ su derinliklerine odaklandı" dedi. "Bu çalışma, yaklaşık 10 metreye kadar su derinliğinde pratik olarak çalışan batık güneş pillerinin ilk işlevsel doğrulamasını sunuyor ve uygulama kapsamlarını büyük ölçüde genişletiyor."
İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü Lozan'dan (EPFL) araştırmacıları da içeren araştırma ekibi, geniş bant aralıklı perovskit güneş pillerine odaklanan bir malzeme ve cihaz stratejisi aracılığıyla bu zorluğun üstesinden geldi.
Geniş Bant Aralığı Perovskitler: Sualtı Işığı için Ayarlama
Araştırmacılar, özellikle 5 ila 10 metre derinlikte hakim olan mavi-turuncu ışık spektrumunu absorbe etmek için tasarlanmış, yaklaşık 1,96 eV bant aralığına sahip kurşun halojenür perovskitleri kullandılar. Önemli bir yenilik, kristalizasyon katkı maddesi olarak poliheksametilen guanidin hidroklorürün (PHMG) piyasaya sürülmesiydi. Bu katkı maddesi, perovskit malzeme içindeki enerji seviyelerini modüle eder, halojenür iyon göçünü bastırır, kusur yoğunluğunu azaltır ve dayanıklı su altı çalışması için kafes stabilitesi açısından kritik faktörleri geliştirir.
Sualtı koşullarında cihaz performansını doğru bir şekilde değerlendirmek için ekip, çeşitli derinliklerdeki su altı aydınlatmasını simüle etmek üzere özel optik filtrelerle donatılmış özelleştirilmiş bir laboratuvar sistemi geliştirdi.
Etkileyici Performans Metrikleri
Sonuçlar çarpıcıydı. Simüle edilmiş 10 metre derinlikteki aydınlatma altında, batık perovskit güneş pilleri %34,71'lik bir güç dönüşüm verimliliğine ulaştı. Standart AM 1,5G güneş aydınlatması altında hücreler %17,08 verimliliğe ulaştı ve en iyi cihazlar %16,79 sertifikalı oldu.
Stabilite testlerinden elde edilen sonuçlar da aynı derecede iyimserdi. Oda sıcaklığında 300 gün boyunca nitrojenle doldurulmuş bir torpido gözünde saklanan güneş panellerinin başlangıçtaki verimlerinin yaklaşık %96'sını koruduğu bulundu. Ayrıca 10 m derinlikteki durumu taklit eden simüle edilmiş koşullarda 1.160 saatlik çalışmanın ardından herhangi bir çürümeye rastlanmadı. Ayrıca, hızlandırılmış yaşlandırma testleri yoluyla T80'in ömrünün simüle edilmiş bir batık ortamda 25 derecede 48.094 saat (veya yaklaşık 5,49 yıl) olduğu tahmin edildi.
Laboratuvardan Güney Çin Denizi'ne
Ekip laboratuvar doğrulamasından saha çalışmalarına geçti. Geniş alanlı perovskit fotovoltaik modüller hazırladılar ve bunları su altı robotiğine entegre ettiler. Sistemler Güney Çin Denizi'ndeki Weizhou Adaları sularında 2, 6 ve 10 metrelerde test edildi.
Sahada elde edilen sonuçlar, laboratuvar çalışmalarından elde edilen sonuçları yüksek doğrulukla doğruladı. Derinlikler, 2 metrede 2 saatte 1.416 mWh elektrik elde edilmesini sağladı. 6 metrede bu rakam 752 mWh'ye, 10 metre mesafede ise 324 mWh'ye düştü; bu, lityum iyon pilleri ve güç LED'lerini şarj etmeye yetecek kadardı.
Zhang, "Bizi en çok şaşırtan şey, geniş alanlı modüllerimizin gerçek dünya koşullarında 10 metre su derinliğinde yalnızca iki saat boyunca ürettiği bu kadar çok elektrik enerjisiydi" dedi. "Ayrıca, küçük alanlı laboratuvar hücrelerinden büyük boyutlu modüllere kadar ölçeklendirmeyi başardık. Laboratuvar araştırmaları ve saha içi deneylerin birleşimi, su altı fotovoltaiklerin çalışması için güçlü kanıtlar sağlıyor."
Kendi Kendine Sürdürülebilir Deniz Enerjisine Doğru Bir Yol
Bu keşif çeşitli alanlarda önemli sonuçlar doğuruyor. Suya batırılmış güneş pilleri, su ürünleri yetiştiriciliğinin, iletişim sistemlerinin, otonom su altı gemilerinin ve kameraların izlenmesinden sorumlu suya batırılmış araçlar için bağımsız bir enerji kaynağı olabilir. Zhang'a göre batık güneş enerjisi cihazları, denizaltıların ve otonom su altı araçlarının şimdiye kıyasla çok daha uzun mesafelere ve daha uzun süreli görevlere ulaşmasını sağlayabilir.
Çalışma, Yunnan Eyaleti Yunling Araştırmacısı ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı tarafından desteklendi. Zhang'ın ekibi, perovskit güneş pillerini daha derin su derinliklerinde test etmeye devam etmeyi, su altı fotovoltaiklerinin operasyonel sınırlarını araştırmayı ve ortaya çıkan bu alan için standartlaştırılmış test protokolleri oluşturmayı planlıyor.
Gezegen yüzeyinin %70'inden fazlasının sudan oluştuğu göz önüne alındığında, denizin altında saklı güneş enerjisinin çıkarılması, yeşil enerji üretimi için öngörülemeyen muazzam bir yol açıyor. Bununla birlikte, biyolojik kirlilik ve deniz ekolojisi üzerindeki uzun vadeli etkiler gibi geri kalan sorunlar henüz çözülmedi, ancak 10 metrede etkili su altı güneş pillerinin başarılı bir şekilde gösterilmesi, kendi kendine yeten deniz enerji sistemlerinin yaratılmasına yönelik inanılmaz derecede önemli bir kilometre taşıdır.
