- 水下太阳能电池可在南海水深10米运行，打破以往极限。
- 这项技术可为偏远海洋系统提供可靠的长期电力来源。
- 专门设计的电池在模拟条件下展现出卓越的耐用性。
- 未来挑战包括在高耐用性和光传输之间取得平衡。
云南大学及西南联合研究院的研究人员已成功展示可在南中国海水深10米（约33英尺）运行的功能性水下太阳能电池。这一成就打破了以往的极限。早期在水下收集太阳能的尝试在水深不足2米的浅水区失败，尽管该处阳光仍然充足，但实际应用却相对稀少。结合约5.5年的预估持续运行寿命，这项技术最终可能为偏远海洋系统提供可靠的长期电力来源。研究显示，水下光伏系统未来可为水下传感器、摄像机及通信系统提供可行的电力来源。
研究作者张文华表示：“关于水下太阳能电池的研究报告极为稀少，而现有研究均集中于水深仅2米的非常浅水区，这一场景远未满足实际应用的需求。”他补充道：“这项工作首次实现了水下太阳能电池在约10米水深下的功能性验证，极大地拓展了其应用范围。”
水下太阳能电池的技术突破
标准的商业硅太阳能电池设计旨在捕捉广泛的地面阳光，特别是红外线。在水下，硅电池失去了大部分的效率。通常，水下太阳能电池因为水下光强迅速衰减而难以收集能量，这对于水产养殖等海洋监测应用构成了障碍。为了解决这一问题，张的团队设计了优化的宽带隙太阳能电池，以捕捉最佳穿透海洋水域的蓝光至橙光波长。通过捕获水面下的环境光，水下太阳能电池为长期以来海洋技术的电力限制提供了变革性解决方案。
这些电池在水深10米的情况下，在短短两小时内产生了324 mWh的电力，足以给标准锂离子电池充电。水下太阳能电池提供了一种自给自足的电力来源，适用于远离海岸线的环境传感器、监测摄像机及通信硬件，省去了昂贵的有线连接和频繁更换电池的麻烦。
在模拟条件下测试，这些专门设计的电池展现出卓越的耐用性，经过300天的存储后，效率保持约96%。此外，原型电池在模拟的10米水深下的1,160小时内几乎没有降解。张指出：“最令我们惊讶的是，我们的大面积模块在10米水深的实际条件下仅仅两小时就产生了如此多的电能。此外，我们已经实现了从小面积实验室电池到大尺寸模块的扩展。实验室研究与现场实验的结合为水下光伏的运行提供了有力证据。”
未来挑战与发展方向
未来面临的挑战之一是，这些电池必须在高耐用性和清晰的光传输之间取得平衡，以保持长时间的有效性。此外，水下太阳能的部署需要克服腐蚀性盐、高压和水渗入等极端条件。接下来，团队计划深入黑暗，测试太阳能技术可以深入的深度，同时为水下光伏的标准化测试协议奠定基础。该研究已发表在《Joule》期刊。
项目 规格 水深 10米 电力产生 324 mWh 效率保持 约96% 存储时间 300天 运行时间 1,160小时
水下太阳能电池的应用潜力与挑战
水下太阳能电池的成功研发，标志着海洋技术的一大进步，尤其是在偏远地区的能源供应上。这项技术不仅能解决传统能源供应的限制，还能为水下传感器和监测设备提供持久的电力支持。然而，面对极端环境的挑战，如腐蚀性盐和高压，未来的研发工作将需要在耐用性和光传输效率之间找到最佳平衡，这对于技术的实际应用至关重要。