Zusammenfassung:
Die Solarstromerzeugung unter Wasser wurde von der wissenschaftlichen Gemeinschaft aufgrund der starken Lichtdämpfung und Wassererosionsprobleme lange Zeit als unüberwindbares technisches Verbotsgebiet angesehen. Eine neueste wissenschaftliche Forschungsentwicklung stellt dieses traditionelle Verständnis jedoch auf den Kopf. Durch die Anpassung des Designs neuer Perowskit-Photovoltaikmaterialien ist es einem multinationalen wissenschaftlichen Forschungsteam gelungen, eine Solarzelle zu entwickeln, die in einer Unterwasserumgebung stabil arbeiten und eine hohe photoelektrische Umwandlungseffizienz erreichen kann. Damit eröffnet sich ein neuer Weg zur Energieautarkie für Meeresbeobachtungssensoren, autonome Unterwasserfahrzeuge (AUV) und langfristige Unterwasserüberwachungsnetzwerke.
Traditionellen Erkenntnissen zufolge stößt die Nutzung von Unterwasser-Photovoltaik auf zwei große natürliche Hindernisse. Der erste ist die dramatische Veränderung der spektralen Eigenschaften. Wasser als stark absorbierendes Medium absorbiert schnell den Großteil des Infrarot- und Rotlichtspektrums, wodurch das unter Wasser eindringende Licht hauptsächlich in einem schmalen blaugrünen Band konzentriert wird. Herkömmliche Solarzellen auf Siliziumbasis, die für das Vollspektrum-Sonnenlicht ausgelegt sind, weisen unter Wasser ein extrem unterschiedliches Absorptionsspektrum auf, und ihre Effizienz nimmt stark ab. Das zweite ist die Frage der Materialstabilität. Perowskit-Materialien, die für ihre hohe Effizienz bekannt sind, werden durch Feuchtigkeit leicht abgebaut. Sie für den Langzeiteinsatz in wasserreichen oder sogar stark salzhaltigen Meeresumgebungen unterzubringen, ist mit enormen physikalischen und chemischen Herausforderungen verbunden.
Um diese Probleme zu überwinden, hat das wissenschaftliche Forschungsteam die Energiebandstruktur und die chemische Zusammensetzung des Perowskitmaterials für das blaugrüne Unterwasserlichtspektrum neu gestaltet und die Bandlücke genau so eingestellt, dass sein optischer Absorptionspeak stark mit dem unter Wasser gefilterten blaugrünen Spektrum überlappt, wodurch eine maximale Einfangung und Energieumwandlung von in tiefes Wasser eindringenden Photonen erreicht wird. Gleichzeitig hat das Forschungsteam wichtige Innovationen bei Batterieverpackungen und Schnittstellenschutzschichten erzielt, indem es neue hydrophobe Polymere und eine mehrschichtige dichte Barrierefilmtechnologie verwendet, die nicht nur Wassermoleküle und gelöste Salzionen vollständig vom Eindringen und der Korrosion der lichtabsorbierenden Perowskitschicht isoliert, sondern auch eine effiziente Brechung und den Eintritt von Licht auf die Batterieoberfläche gewährleistet.
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