21 september 2026– I ett betydande framsteg för marin förnybar energi har forskare från Kina och Schweiz framgångsrikt visat perovskitsolceller som kan fungera 10 meter under havsytan, och genererar tillräckligt med el för att ladda litiumjonbatterier under vattnet. Resultaten publicerades den 11 september i tidskriften Cell PressJoule, representerar den första funktionella valideringen av nedsänkta solceller på ett djup som är relevant för praktiska tillämpningar.
Bortom grunt vatten
I många år har solenergi använts på land när det gäller solceller och relaterad teknik, men att samla in solenergi under vattnet är mycket komplicerat. Ljus blir svagare i vatten i mycket snabb takt, plus att olika färger av ljus visas under vattnet. Tidigare tester rörande undervattenssolenergi har genomförts till ett maxdjup av två meter, vilket fortfarande är långt ifrån att bli realistiskt vad gäller faktisk tillämpning.
"Väldigt få studier har rapporterats på undervattenssolceller, och alla är fokuserade på mycket grunt vattendjup på bara två meter eller mindre", säger Wen-Hua Zhang från Yunnan University och Southwest United Graduate School i Kunming, Kina, som ledde studien. "Detta arbete presenterar den första funktionella valideringen av nedsänkta solceller som praktiskt taget fungerar på ett vattendjup på upp till cirka 10 meter, vilket avsevärt breddar deras tillämpningsområde."
Forskargruppen, som också inkluderade forskare från det schweiziska federala tekniska institutet Lausanne (EPFL), tacklade utmaningen genom en material- och enhetsstrategi centrerad på perovskitsolceller med breda bandgap.
Wide-Bandgap Perovskites: Tuning för undervattensljus
Forskarna använde blyhalogenidperovskiter med ett bandgap på cirka 1,96 eV, speciellt utformade för att absorbera det blå-till-orange ljusspektrum som dominerar på djup av 5 till 10 meter. En nyckelnyhet var introduktionen av polyhexametylenguanidinhydroklorid (PHMG) som en kristallisationstillsats. Denna tillsats modulerar energinivåerna i perovskitmaterialet, undertrycker halidjonmigrering, minskar defektdensiteten och förbättrar gitterstabilitetskritiska faktorer för hållbar undervattensdrift.
För att exakt utvärdera enhetens prestanda under nedsänkta förhållanden utvecklade teamet ett skräddarsytt laboratoriesystem utrustat med skräddarsydda optiska filter för att simulera undervattensbelysning på olika djup.
Imponerande prestandamått
Resultaten har varit slående. Under simulerad 10 meter djup belysning uppnådde de nedsänkta perovskitsolcellerna en effektomvandlingseffektivitet på 34,71 %. Under standard AM 1,5G solbelysning nådde cellerna en effektivitet på 17,08 %, med de bästa enheterna certifierade till 16,79 %.
Resultaten från stabilitetstester var lika optimistiska. Det visade sig att solpaneler lagrade i ett handskfack fyllt med kväve i 300 dagar vid rumstemperatur bibehöll cirka 96 % av sin ursprungliga effektivitet. Dessutom hittades inget förfall efter 1 160 timmars arbete under simulerade förhållanden som efterliknar situationen på 10 meters djup. Dessutom, genom accelererade åldringstester uppskattades T80:s livslängd till 48 094 timmar (eller cirka 5,49 år) vid 25 grader i en simulerad nedsänkt miljö.
Från laboratorium till Sydkinesiska havet
Teamet gick från laboratorievalidering till fältstudier. De förberedde stora perovskite solcellsmoduler och integrerade dem i undervattensrobotik. Systemen testades på 2, 6 och 10 meter i vattnet på Weizhouöarna i Sydkinesiska havet.
Resultaten som erhölls på fältet bekräftade de från laboratoriestudier med hög noggrannhet. Djupet gjorde det möjligt att få el uppgående till 1 416 mWh på 2 meter under en tidsram på 2 timmar. Vid 6 meter sjönk siffrorna till 752 mWh och ytterligare till 324 mWh på ett avstånd av 10 meter - tillräckligt för att ladda litiumjonbatterier och lysdioder.
"Det som förvånade oss mest var så mycket elektrisk energi som våra moduler med stor yta genererade under verkliga förhållanden på 10 meters vattendjup under bara två timmar," sa Zhang. "Dessutom har vi uppnått skalning från laboratorieceller med liten yta till stora moduler. Kombinationen av laboratorieundersökningarna och experimenten på fältet ger starka bevis för driften av solceller under vatten."
En väg mot självförsörjande marin energi
Denna upptäckt ger stora konsekvenser inom olika områden. Solceller nedsänkta i vattnet kan vara en källa till oberoende energi för verktyg nedsänkta i vatten som ansvarar för övervakning av vattenbruk, kommunikationssystem, autonoma undervattensfartyg och kameror. Enligt Zhang kan nedsänkta solenergianordningar tillåta ubåtar och autonoma undervattensfordon att uppnå mycket längre avstånd och mer långvariga uppdrag än nu.
Studien stöddes av Yunling Scholar i Yunnan-provinsen och National Natural Science Foundation i Kina. Zhangs team planerar att fortsätta testa perovskitsolceller på djupare vattendjup, undersöka driftsgränserna för undervattenssolceller och upprätta standardiserade testprotokoll för detta framväxande område.
Eftersom över 70 % av planetens yta är gjord av vatten, öppnar utvinningen av solenergi gömd under havet en enorm oförutsägbar väg för grön energiproduktion. Ändå har de återstående frågorna som biopåväxt och långsiktiga effekter på marin ekologi ännu inte lösts, men den framgångsrika demonstrationen av effektiva undervattenssolceller på 10 meter är en otroligt viktig milstolpe mot skapandet av självförsörjande marina energisystem.
