Trung Quốc lần đầu thử nghiệm pin mặt trời ở độ sâu 10 mét ngoài khơi

Nghiên cứu do nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Vân Nam thực hiện và được công bố ngày 11/9 trên tạp chí Joule. Theo nhóm nghiên cứu, đây là lần đầu tiên một hệ thống quang điện sử dụng vật liệu perovskite được chứng minh có thể hoạt động thực tế ở độ sâu khoảng 10 mét.

Thách thức lớn đối với việc khai thác năng lượng mặt trời dưới nước là ánh sáng suy giảm rất nhanh theo độ sâu. Ở khoảng 10 mét dưới mặt nước, chỉ còn một phần nhỏ ánh sáng mặt trời có thể xuyên qua. Trong đó, ánh sáng đỏ - dải quang phổ mà các loại pin silicon truyền thống hoạt động hiệu quả gần như bị nước biển hấp thụ hoàn toàn.

Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu sử dụng pin mặt trời perovskite halide chì có độ rộng vùng cấm khoảng 1,96 eV. Đặc tính này cho phép vật liệu hấp thụ hiệu quả hơn phần ánh sáng xanh lam và xanh lục còn lại trong môi trường dưới nước.

Tuy nhiên, perovskite thường gặp vấn đề về độ ổn định khi tiếp xúc với nước và môi trường khắc nghiệt. Các nhà nghiên cứu đã bổ sung polyhexamethylene guanidine hydrochloride (PHMG) nhằm cải thiện độ ổn định của vật liệu, đồng thời sử dụng hệ thống đóng gói nhiều lớp bằng cao su butyl, kính và nhựa epoxy để hạn chế nước xâm nhập, chống áp lực và ăn mòn.

Trong thử nghiệm mô phỏng điều kiện ánh sáng ở độ sâu 10 mét, một tấm pin nhỏ có diện tích chưa đến 0,09 cm² đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng 34,71%. Một mô-đun lớn hơn, diện tích 28,79 cm², đạt hiệu suất 29,40%, cho thấy ngay cả ánh sáng yếu cũng có thể được khai thác hiệu quả.

Độ bền của hệ thống cũng được kiểm tra trong môi trường nước biển mô phỏng. Sau 1.000 giờ ngâm liên tục, thiết bị vẫn duy trì 99,58% hiệu suất chuyển đổi năng lượng ban đầu.

Nhóm nghiên cứu sau đó đưa công nghệ ra thử nghiệm thực tế tại vùng biển gần đảo Vi Châu (Weizhou). Các mô-đun pin perovskite được tích hợp lên một robot lặn để sạc pin lithium-ion ở các độ sâu 2, 6 và 10 mét.

Sau hai giờ tiếp xúc với ánh sáng, hệ thống thu được lần lượt 1.416 mWh ở độ sâu 2 mét, 752 mWh ở độ sâu 6 mét và 324 mWh ở độ sâu 10 mét. Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng nguồn điện này để thắp sáng một bảng đèn LED.

Wen Hua Zhang, thành viên nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Vân Nam, cho biết các nghiên cứu trước đây về pin mặt trời dưới nước chủ yếu tập trung ở vùng nước rất nông, khoảng 2 mét trở xuống. Thử nghiệm mới cung cấp thêm bằng chứng về khả năng vận hành của hệ thống quang điện ở độ sâu lớn hơn.

Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này có thể được phát triển để cung cấp năng lượng cho cảm biến, camera, thiết bị liên lạc, robot và tàu lặn, đặc biệt trong những trường hợp các thiết bị cần hoạt động lâu dài mà không thể thường xuyên nổi lên mặt nước để sạc.