Zonnepanelen plaatsen op een plek waar nauwelijks zonlicht komt, klinkt niet erg logisch. Toch hebben Chinese onderzoekers zonnecellen ontwikkeld die op 10 meter onder zee nog genoeg elektriciteit produceren om batterijen op te laden.
Hoe dieper je de zee in gaat, hoe donkerder het wordt. Water absorbeert en verstrooit zonlicht namelijk veel sterker dan lucht. Vooral rood licht verdwijnt snel. Op enkele meters diepte blijft voornamelijk blauw-groen licht met golflengtes tussen ongeveer 400 en 600 nanometer over.
Onderzoekers van de Yunnan University besloten hun zonnecellen precies op dat resterende licht af te stemmen.
Andere zonnecel voor ander licht
In plaats van conventioneel silicium gebruiken de onderzoekers loodhalide-perovskiet. Dit type halfgeleider is interessant omdat de materiaaleigenschappen relatief gericht kunnen worden aangepast aan het gewenste deel van het lichtspectrum.
De onderzoekers voegden bovendien het polymeer polyhexamethyleenguanidinehydrochloride toe. Dat helpt defecten in het perovskietmateriaal te beperken, waardoor opgewekte elektrische lading minder gemakkelijk verloren gaat.
Onder gesimuleerde onderwateromstandigheden in het laboratorium behaalde de zonnecel een omzettingsefficiëntie van bijna 35 procent. Dat percentage moet wel in context worden gezien: het gaat om efficiëntie onder het specifieke, sterk gefilterde licht dat onder water beschikbaar is, niet om een rechtstreeks vergelijkbare opbrengst met een zonnepaneel op een dak.
Werkt zelfs op 10 meter diepte
Vervolgens werden modules van 115 cm² getest bij het Chinese eiland Weizhou in de Zuid-Chinese Zee. Onderwaterrobots brachten ze naar dieptes van 2, 6 en 10 meter.
De opbrengst daalde zoals verwacht met de diepte: van 1.416 milliwattuur op twee meter naar 752 milliwattuur op zes meter en 324 milliwattuur op tien meter. Zelfs op die laatste diepte konden de onderzoekers lithium-ionbatterijen binnen twee uur opladen.
Geen enorme hoeveelheden elektriciteit, maar wel nuttig
Een onderwaterzonnepaneel hoeft geen enorme hoeveelheden elektriciteit te leveren om nuttig te zijn. Sensoren voor bijvoorbeeld waterkwaliteit, geluid of ecosystemen kunnen met relatief weinig energie toe.
Lokale stroomproductie kan daardoor de afhankelijkheid van kabels en batterijwissels verminderen. Dat is belangrijk op moeilijk bereikbare locaties, waar onderhoud al snel schepen, duikers of onderwaterrobots vereist. Volgens de onderzoekers kunnen de zonnecellen naar schatting ongeveer 5,5 jaar functioneren. Daarmee komt een toekomst dichterbij waarin meetstations, camera’s en communicatiesystemen langdurig zelfstandig onder de golven blijven werken.
Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Joule.
