- 水下太陽能電池可在南海水深 10 米運行，打破以往極限。
- 這項技術可為偏遠海洋系統提供可靠的長期電力來源。
- 專門設計的電池在模擬條件下展現出卓越的耐用性。
- 未來挑戰包括在高耐用性和光傳輸之間取得平衡。
雲南大學及西南聯合研究院的研究人員已成功展示可在南中國海水深 10 米（約 33 英尺）運行的功能性水下太陽能電池。這一成就打破了以往的極限。早期在水下收集太陽能的嘗試在水深不足 2 米的淺水區失敗，儘管該處陽光仍然充足，但實際應用卻相對稀少。結合約 5.5 年的預估持續運行壽命，這項技術最終可能為偏遠海洋系統提供可靠的長期電力來源。研究顯示，水下光伏系統未來可為水下傳感器、攝影機及通信系統提供可行的電力來源。
研究作者張文華表示：「關於水下太陽能電池的研究報告極為稀少，而現有研究均集中於水深僅 2 米的非常淺水區，這一場景遠未滿足實際應用的需求。」他補充道：「這項工作首次實現了水下太陽能電池在約 10 米水深下的功能性驗證，極大地拓展了其應用範圍。」
水下太陽能電池的技術突破
標準的商業硅太陽能電池設計旨在捕捉廣泛的地面陽光，特別是紅外線。在水下，硅電池失去了大部分的效率。通常，水下太陽能電池因為水下光強迅速衰減而難以收集能量，這對於水產養殖等海洋監測應用構成了障礙。為瞭解決這一問題，張的團隊設計了優化的寬帶隙太陽能電池，以捕捉最佳穿透海洋水域的藍光至橙光波長。通過捕獲水面下的環境光，水下太陽能電池為長期以來海洋技術的電力限制提供了變革性解決方案。
這些電池在水深 10 米的情況下，在短短兩小時內產生了 324 mWh 的電力，足以為標準鋰離子電池充電。水下太陽能電池提供了一種自給自足的電力來源，適用於遠離海岸線的環境傳感器、監測攝影機及通信硬件，省去了昂貴的有線連接和頻繁更換電池的麻煩。
在模擬條件下測試，這些專門設計的電池展現出卓越的耐用性，經過 300 天的存儲後，效率保持約 96%。此外，原型電池在模擬的 10 米水深下的 1,160 小時內幾乎沒有降解。張指出：「最令我們驚訝的是，我們的大面積模組在 10 米水深的實際條件下僅僅兩小時就產生了如此多的電能。此外，我們已經實現了從小面積實驗室電池到大尺寸模組的擴展。實驗室研究與現場實驗的結合為水下光伏的運行提供了有力證據。」
未來挑戰與發展方向
未來面臨的挑戰之一是，這些電池必須在高耐用性和清晰的光傳輸之間取得平衡，以保持長時間的有效性。此外，水下太陽能的部署需要克服腐蝕性鹽、高壓和水滲入等極端條件。接下來，團隊計劃深入黑暗，測試太陽能技術可以深入的深度，同時為水下光伏的標準化測試協議奠定基礎。該研究已發表於《Joule》期刊。
項目 規格 水深 10 米 電力產生 324 mWh 效率保持 約 96% 存儲時間 300 天 運行時間 1,160 小時
水下太陽能電池的應用潛力與挑戰
水下太陽能電池的成功研發，標誌著海洋技術的一大進步，尤其是在偏遠地區的能源供應上。這項技術不僅能解決傳統能源供應的限制，還能為水下傳感器和監測設備提供持久的電力支持。然而，面對極端環境的挑戰，如腐蝕性鹽和高壓，未來的研發工作將需要在耐用性和光傳輸效率之間找到最佳平衡，這對於技術的實際應用至關重要。