Resumen:
La generación de energía solar submarina ha sido considerada durante mucho tiempo como un área insuperable de ingeniería prohibida por la comunidad científica debido a graves problemas de atenuación de la luz y erosión hídrica. Sin embargo, una investigación científica más reciente está cambiando esta comprensión tradicional. Al personalizar el diseño de nuevos materiales fotovoltaicos de perovskita, un equipo multinacional de investigación científica ha desarrollado con éxito una célula solar que puede funcionar de manera estable en un entorno submarino y lograr una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica, abriendo un nuevo camino hacia la autosuficiencia energética para sensores de observación de océanos, vehículos submarinos autónomos (AUV) y redes de monitoreo submarino a largo plazo.
Según el conocimiento tradicional, la utilización de la energía fotovoltaica submarina se enfrenta a dos barreras naturales importantes. El primero es el cambio dramático en las características espectrales. El agua, como medio absorbente fuerte, absorberá rápidamente la mayor parte del espectro de luz infrarroja y roja, lo que hará que la luz que penetra bajo el agua se concentre principalmente en una estrecha banda azul-verde. Las células solares tradicionales basadas en silicio diseñadas para luz solar de espectro completo tienen un espectro de absorción extremadamente desigual bajo el agua y su eficiencia disminuye drásticamente. El segundo es la cuestión de la estabilidad material. Los materiales de perovskita, conocidos por su alta eficiencia, se degradan fácilmente con la humedad. Colocarlos en ambientes marinos ricos en agua o incluso de alta salinidad para trabajos a largo plazo enfrenta enormes desafíos físicos y químicos.
Para superar estos problemas, el equipo de investigación científica rediseñó la estructura de la banda de energía y la composición química del material de perovskita para el espectro de luz azul-verde submarino, y ajustó con precisión la banda prohibida para que su pico de absorción óptica se superponga en gran medida con el espectro azul-verde filtrado bajo el agua, logrando así la máxima captura y conversión de energía de los fotones que penetran en aguas profundas. Al mismo tiempo, el equipo de investigación ha realizado innovaciones clave en el empaque de la batería y las capas de protección de la interfaz, utilizando nuevos polímeros hidrofóbicos y tecnología de película de barrera densa multicapa, que no solo aísla completamente las moléculas de agua y los iones de sal disueltos para que no penetren y corroan la capa absorbente de luz de perovskita, sino que también garantiza una refracción eficiente y la entrada de luz en la superficie de la batería.
Los datos de pruebas experimentales muestran que esta nueva batería submarina de perovskita demuestra una eficiencia de conversión fotoeléctrica y un rendimiento anti-atenuación que supera significativamente a las baterías tradicionales basadas en silicio en entornos simulados de luz azul-verde de diferentes profundidades de agua. Incluso en las duras condiciones de inmersión continua en agua y una cierta presión de agua, la batería aún puede mantener una producción de energía estable durante mucho tiempo, lo que verifica su viabilidad de ingeniería en entornos acuáticos reales complejos.
Con el rápido crecimiento de la demanda global de exploración de aguas profundas, monitoreo ecológico marino y acuicultura inteligente en alta mar, el cuello de botella en el suministro de energía de los equipos electrónicos submarinos se ha vuelto cada vez más prominente. Los equipos submarinos tradicionales generalmente dependen de paquetes de baterías de alta resistencia para el suministro de energía, que requieren rescate y reemplazo frecuentes o reabastecimiento por cable desde los barcos nodriza, lo que hace que los costos de operación y mantenimiento sean extremadamente altos. Si la tecnología fotovoltaica de perovskita submarina puede industrializarse aún más y desplegarse en boyas, robots submarinos y sensores fijos del fondo marino, se espera que los equipos submarinos puedan lograr un autoabastecimiento de energía in situ a largo plazo con la ayuda de la luz solar natural o incluso la luz difusa en alta mar, ampliando en gran medida los límites de las capacidades humanas para la detección continua a largo plazo y de bajo costo del entorno marino.
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