说起太阳能,人们脑海里浮现的多半是屋顶上的蓝色板子,或是沙漠里一望无际的光伏阵列。深邃幽暗的海水,历来被认为是阳光的"禁区"。

可中国科学家偏偏要在海底"晒太阳"。云南大学材料与能源学院团队日前宣布,他们在南海威州岛附近的开放海域,将一块太阳能电池沉入10米深的海水中,成功点亮了LED灯板,还给锂电池充上了电。

这不是实验室里的模拟测试,而是真刀真枪的开放海域实测。相关研究成果已发表在国际学术期刊《焦耳》(Joule)上。

更出人意料的是,这块电池在海水深处的发电效率,竟然超过了它在陆地上晒太阳时的表现。

长久以来,水下光伏一直停留在概念阶段,能否在真实海域稳定发电,始终缺乏公开的实测数据支撑。

蓝绿光里的意外惊喜:水下效率反超陆地两倍

阳光射入海水后并非"全须全尾"地到达深处。

波长超过630纳米的红光和红外光,会被海水迅速吸收,只剩下400至600纳米的蓝绿光能继续下潜。

针对这一特性,研究团队没有沿用主流的硅基电池,而是选用了铅卤化物钙钛矿材料。

团队负责人张文华介绍,他们在制备过程中掺入了一种聚合物添加剂,用来捕获更多电子,让电池"吃透"稀薄的蓝绿光。

实验室模拟测试显示,这种电池在标准陆地光照条件下的转换效率约为17.08%。

而在模拟10米水下光谱的条件下,转换效率却飙升到近34.71%,几乎是陆地表现的两倍。

张文华坦言,这一结果超出预期三到六倍,连团队自己都感到意外。

作为对比,目前主流硅基太阳能电池的效率普遍在20%至25%之间。

南海实测:从2米到10米,电池经受住了真实海水考验

光在实验室里表现好还不够,团队随后把电池真正沉入了大海。

他们将一块115平方厘米的电池组件,分别放置到2米、6米和10米三个深度进行现场测试。

结果显示,连续发电两小时,2米深处产出电量1416毫瓦时,6米深处为752毫瓦时,10米深处降至324毫瓦时。

发电量随深度递减,符合阳光逐层衰减的规律,但即便在10米深的"蓝绿色暮光"中,电池依然能持续稳定输出。

为抵御高压和腐蚀性的海水环境,电池外部采用玻璃、合成橡胶与环氧树脂层层封装。

团队称,这是钙钛矿水下光伏系统首次在约10米深度完成开放海域的实际应用验证。

这也意味着,水下光伏正式从实验室走向了真实海洋环境的检验场。

能用多久?寿命、腐蚀与海洋生物的"附着难题"

钙钛矿电池素来有个"软肋":在陆地上使用不到一年,性能就明显衰退。

但这次测试给出了不同答案。

实验室加速老化测试显示,在25摄氏度的水下环境中,电池效率衰减到初始值80%所需的时间约为5.5年。

张文华解释,深海相对更低的温度与较弱的光照,反而延缓了钙钛矿材料的降解速度。

不过挑战依然存在:洋流会干扰电池的稳定部署,海水的化学腐蚀也在持续侵蚀封装材料。

更棘手的是贝类和藻类附着,一旦"长毛长壳",电池表面就会被遮挡,发电效率随之下降。

张文华建议,行业亟需建立统一的水下光伏标准化测试协议,才能推动这项技术走向真正的工程化。

从潜艇到"海底物联网":水下太阳能能干什么

如果这项技术走向成熟,受益的将不只是实验室。

张文华指出,水下太阳能电池未来有望为潜艇和自主水下航行器提供辅助能源,延长它们的续航与任务时间。

对于长期布设在海底的传感器、摄像头、照明设备与通信节点,水下光伏更是提供了一种就地取电的新思路。

过去这些设备大多依赖电池供电或漫长的电缆铺设,更换电池或维护线路成本高昂。

张文华将这一图景形容为"海底物联网"的雏形——无数水下节点各自就地发电、独立运转、彼此联网。

从南海10米深处的这块小小电池板开始,人类探索海洋的方式,或许正在被悄悄改写。

未来,随着标准化测试与更耐腐蚀封装材料的成熟,水下阳光有望真正成为一种可规模化利用的清洁能源。