說起太陽能,人們腦海裏浮現的多半是屋頂上的藍色板子,或是沙漠裏一望無際的光伏陣列。深邃幽暗的海水,歷來被認為是陽光的"禁區"。

可中國科學家偏偏要在海底"曬太陽"。雲南大學材料與能源學院團隊日前宣佈,他們在南海威州島附近的開放海域,將一塊太陽能電池沉入10米深的海水中,成功點亮了LED燈板,還給鋰電池充上了電。

這不是實驗室裏的模擬測試,而是真刀真槍的開放海域實測。相關研究成果已發表在國際學術期刊《焦耳》(Joule)上。

更出人意料的是,這塊電池在海水深處的發電效率,竟然超過了它在陸地上曬太陽時的表現。

長久以來,水下光伏一直停留在概念階段,能否在真實海域穩定發電,始終缺乏公開的實測數據支撐。

藍綠光裏的意外驚喜:水下效率反超陸地兩倍

陽光射入海水後並非"全須全尾"地到達深處。

波長超過630納米的紅光和紅外光,會被海水迅速吸收,只剩下400至600納米的藍綠光能繼續下潛。

針對這一特性,研究團隊沒有沿用主流的硅基電池,而是選用了鉛鹵化物鈣鈦礦材料。

團隊負責人張文華介紹,他們在製備過程中摻入了一種聚合物添加劑,用來捕獲更多電子,讓電池"喫透"稀薄的藍綠光。

實驗室模擬測試顯示,這種電池在標準陸地光照條件下的轉換效率約為17.08%。

而在模擬10米水下光譜的條件下,轉換效率卻飆升到近34.71%,幾乎是陸地表現的兩倍。

張文華坦言,這一結果超出預期三到六倍,連團隊自己都感到意外。

作為對比,目前主流硅基太陽能電池的效率普遍在20%至25%之間。

南海實測:從2米到10米,電池經受住了真實海水考驗

光在實驗室裏表現好還不夠,團隊隨後把電池真正沉入了大海。

他們將一塊115平方釐米的電池組件,分別放置到2米、6米和10米三個深度進行現場測試。

結果顯示,連續發電兩小時,2米深處產出電量1416毫瓦時,6米深處為752毫瓦時,10米深處降至324毫瓦時。

發電量隨深度遞減,符合陽光逐層衰減的規律,但即便在10米深的"藍綠色暮光"中,電池依然能持續穩定輸出。

為抵禦高壓和腐蝕性的海水環境,電池外部採用玻璃、合成橡膠與環氧樹脂層層封裝。

團隊稱,這是鈣鈦礦水下光伏系統首次在約10米深度完成開放海域的實際應用驗證。

這也意味着,水下光伏正式從實驗室走向了真實海洋環境的檢驗場。

能用多久?壽命、腐蝕與海洋生物的"附着難題"

鈣鈦礦電池素來有個"軟肋":在陸地上使用不到一年,性能就明顯衰退。

但這次測試給出了不同答案。

實驗室加速老化測試顯示,在25攝氏度的水下環境中,電池效率衰減到初始值80%所需的時間約為5.5年。

張文華解釋,深海相對更低的溫度與較弱的光照,反而延緩了鈣鈦礦材料的降解速度。

不過挑戰依然存在:洋流會干擾電池的穩定部署,海水的化學腐蝕也在持續侵蝕封裝材料。

更棘手的是貝類和藻類附着,一旦"長毛長殼",電池表面就會被遮擋,發電效率隨之下降。

張文華建議,行業亟需建立統一的水下光伏標準化測試協議,才能推動這項技術走向真正的工程化。

從潛艇到"海底物聯網":水下太陽能能幹什麼

如果這項技術走向成熟,受益的將不只是實驗室。

張文華指出,水下太陽能電池未來有望為潛艇和自主水下航行器提供輔助能源,延長它們的續航與任務時間。

對於長期佈設在海底的傳感器、攝像頭、照明設備與通信節點,水下光伏更是提供了一種就地取電的新思路。

過去這些設備大多依賴電池供電或漫長的電纜鋪設,更換電池或維護線路成本高昂。

張文華將這一圖景形容為"海底物聯網"的雛形——無數水下節點各自就地發電、獨立運轉、彼此聯網。

從南海10米深處的這塊小小電池板開始,人類探索海洋的方式,或許正在被悄悄改寫。

未來,隨着標準化測試與更耐腐蝕封裝材料的成熟,水下陽光有望真正成為一種可規模化利用的清潔能源。