如今，太阳能电池通常出现在陆地上阳光充足的表面或太空中的卫星上。一项新研究表明，光伏技术也能在海洋表面以下工作，即使在10米深处也能产生可观的电力。
云南大学材料与能源学院院长张文华（音译）表示："借助水下太阳能电池，潜艇或自主水下航行器能够实现比现在远得多的续航距离和任务持久力。"许多其他水下电子设备，例如传感器、摄像头、照明设备和通信系统，"也能从更长的运行周期和海洋中更广泛的部署覆盖范围中受益，以支持未来的水下物联网（IoT）。"张文华说。
地球表面超过70%被水覆盖，包含了太阳能电池可能布设的广阔区域。然而，水会强烈吸收长波长的阳光——即波长大于630纳米的光，大致对应红光及以外的红外线、微波和无线电波段。这限制了传统太阳能板的使用，因为它们通常吸收波长约在400到1100纳米之间的阳光，即从蓝光到红外线的范围。
为了克服这一挑战，张文华及其同事设计了能够充分利用短波长阳光的太阳能电池。他们制造出了钙钛矿太阳能电池，能够覆盖穿透5到10米水深后的光谱，这部分光谱主要由400到600纳米的蓝绿光组成。
科学家们发现，尽管他们的光伏电池在陆地常见条件下的光电转换效率为17.08%，但在模拟水下10米深处的光谱条件下，效率达到了34.71%。而大多数标准陆地太阳能板的平均效率在20%到25%之间。
研究人员还将这些电池集成到配备可充电锂离子电池的水下微型机器人中，并在中国南海涠洲岛附近进行了部署测试。他们用玻璃、合成橡胶和环氧树脂对电池进行了封装，以保护其免受海水侵蚀。这些机器人能够自动保持固定深度，帮助科学家观察电池在不同水深下的表现。
在2米深度，115平方厘米的封装电池能在两小时内产生1416毫瓦时的电量——大约相当于一节可充电5号电池容量的一半；在10米深度，这些电池在两小时内仍能产生324毫瓦时的电量。张文华表示，这些电池在10米深处的表现超出了他的预期，达到了预期的三到六倍。
水下太阳能电池能维持多久？
与传统硅太阳能板相比，钙钛矿太阳能电池成本更低、制造更容易、效率更高，这使其成为水下应用的有力选择。但它们在强光和高温下性能往往会迅速衰退。相比之下，水下通常存在的低温和弱光环境反而可能使其运行更加持久。
研究人员通过实验室实验测试了这种可能性，将新型电池置于模拟10米水下光照条件下。研究人员在涠洲岛附近年平均水温25摄氏度的标准工作温度下观察到，电池的性能衰减程度极小，据此估计电池能够持续运行约5.5年，之后效率会降至原始效率的80%。（相比之下，标准钙钛矿电池在陆地上使用仅一年后就开始出现性能衰退，不过全球研究人员正在研究如何大幅延长钙钛矿电池的使用寿命。）
张文华说："水下太阳能电池展现出作为水下能源实际解决方案的应用潜力。大规模部署水下太阳能电池，能够将光伏技术从陆地和太空延伸至海洋，满足对持久性海上能源供应的迫切需求。最终，这将有助于蓝色经济的发展，并可能为海洋能源开启新篇章。"
张文华指出，水下光伏技术面临诸多潜在障碍。例如，洋流可能使这些设备的部署变得困难。海水腐蚀以及藤壶、藻类的附着结垢，也可能降低其长期性能表现。
展望未来，张文华希望进一步探索水下太阳能电池能在多深的水域中运行。他还希望将这些电池与储能设备集成，打造一体化装置，以加速其实际应用。此外，他指出，还需要建立标准化的测试规范来分析水下光伏性能，这将有助于不同实验室之间进行比较，从而推动这类设备的发展。
科学家们于9月11日在《焦耳》（Joule）期刊上详细公布了这一研究成果。
Q&A
Q1：水下太阳能电池能在多深的水下工作？
A：研究显示，这种钙钛矿太阳能电池能在水下10米深处正常发电，甚至性能表现超出了研究人员的预期。
Q2：水下太阳能电池能用多久？
A：在25摄氏度左右的标准水温下，研究人员估计这种电池能持续运行约5.5年，之后效率会降至原始效率的80%。
Q3：水下太阳能电池有什么实际用途？
A：它可以为潜艇、自主水下航行器充电，延长其续航能力和任务时长，也能为水下传感器、摄像头、通信系统等设备供电，支持未来的水下物联网。