Joule dergisinde yayımlanan bir makalede, Yunnan Üniversitesi'nden Wen-Hua Zhang'ın yönettiği bir ekip, okyanus yüzeyinin birkaç metre altında kalan loş mavi-yeşil ışığa özel olarak tasarlanmış geniş bant aralıklı bir perovskit güneş hücresi tanımlıyor ve su altında rekor sayılabilecek %34,71 güç dönüşüm verimi bildiriyor.
Fizik sorunu ciddi. Su acımasız bir optik filtredir: yaklaşık 630 nanometreden uzun dalga boyları ilk birkaç metrede emilir; yani karada silisyum ve standart 1,55 eV perovskit hücrelerin üzerine kurulduğu düşük enerjili kırmızı ve kızılötesi fotonlar aşağıya hiç ulaşmaz. Birkaç metre derinlikte geriye yalnızca 400–600 nm aralığındaki soluk mavi-turuncu bir parıltı kalır.
Zhang'ın ekibi hücreyi bu pencereye, yaklaşık 1,96 eV optik bant aralığına ayarlanmış karışık anyonlu kurşun halojenür perovskitle uyarladı. Geniş bant aralıklı perovskitler bilinir biçimde kırılgandır: parlak ışık ve ısı, halojenür iyon göçünü, faz ayrışmasını ve kusur oluşumunu tetikler. Su altında kimya daha bağışlayıcıdır — 25 °C altı sıcaklıklar ve düşük ışık şiddeti ısıl bozunmayı bastırır — ama iç kusurlar kalır.
Bunları gidermek için araştırmacılar, polheksametilen guanidin hidroklorür (PHMG) ekledi: guanidinyum katyonları kristal kafesteki boşluklara çok noktalı çapa gibi yerleşen ve kurşun ile halojenür iyonlarına hidrojen bağıyla tutunan bir polimer. Sonuç, iyon göçü için aktivasyon enerjisi bariyerini 0,07 eV'den 0,21 eV'ye çıkararak faz ayrışmasını donduruyor; film yüzeyinin iletkenliğini p tipinden n tipine kaydırarak bant bükülmesi yaratıyor, elektron çıkarımını hızlandırıyor ve ışınımsal olmayan yeniden birleşmeyi azaltıyor.
Rakamlar: standart karasal güneş ışığı altında %16,79 sertifikalı verim; 10 m derinliği taklit eden özel su altı güneş simülatörü altında 0,0895 cm²'lik hücrede %34,71. Ekip ayrıca yaklaşık 29 cm² aktif alanlı, poliizobütilen, kapak camı ve epoksi reçineyle kaplanmış modüller üretti. Güney Çin Denizi'nde Weizhou Adası yakınında bir mini robot üzerinde konuşlandırılan modüller 10 m'de üretimi sürdürdü ve su altında lityum-iyon bataryaları şarj etmek için 324 mWh üretti; bu bataryalar özel bir LED panelini aydınlattı.
Hızlandırılmış yaşlandırma ve Arrhenius modellemesi, başlangıç veriminin %80'inin korunduğu T80 ömrünü yaklaşık 48.094 saat, yani 25 °C'de 5,49 yıl kesintisiz çalışma olarak öngörüyor. Kütle spektrometrisi suya kayda değer kurşun sızması bulmadı. Zhang, biyolojik kirlenmeyi bir sonraki açık sorun olarak işaretliyor ve bunun disiplinler arası bir çalışma gerektirdiğini söylüyor. Hedeflenen uygulamalar özerk deniz altyapısı: derin deniz sensörleri, araştırma kameraları ve su altı IoT düğümleri.
