21 september 2026- In een aanzienlijke vooruitgang op het gebied van duurzame mariene energie hebben onderzoekers uit China en Zwitserland met succes perovskiet-zonnecellen gedemonstreerd die in staat zijn om 10 meter onder het oceaanoppervlak te werken en voldoende elektriciteit opwekken om lithium-ionbatterijen onder water op te laden. De bevindingen zijn op 11 september gepubliceerd in het tijdschrift Cell PressJoulevertegenwoordigen de eerste functionele validatie van ondergedompelde zonnecellen op een diepte die relevant is voor praktische toepassingen.
Voorbij ondiepe wateren
Zonne-energie wordt al jaren aan land gebruikt in de vorm van zonnecellen en aanverwante technologieën, maar het onder water verzamelen van zonne-energie is erg ingewikkeld. Licht wordt in water zeer snel zwakker, en onder water verschijnen er verschillende kleuren licht. Eerdere tests met zonne-energie onder water zijn uitgevoerd tot een maximale diepte van twee meter, wat voor de daadwerkelijke toepassing nog lang niet realistisch is.
"Er zijn zeer weinig onderzoeken gerapporteerd over zonnecellen onder water, en ze zijn allemaal gericht op zeer ondiepe waterdieptes van slechts twee meter of minder", zegt Wen-Hua Zhang van de Yunnan Universiteit en de Southwest United Graduate School in Kunming, China, die het onderzoek leidde. "Dit werk presenteert de eerste functionele validatie van ondergedompelde zonnecellen die praktisch werken op een waterdiepte tot ongeveer 10 meter, waardoor hun toepassingsbereik aanzienlijk wordt uitgebreid."
Het onderzoeksteam, waartoe ook onderzoekers van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie Lausanne (EPFL) behoorden, pakte de uitdaging aan met een strategie voor materialen en apparaten, gericht op perovskietzonnecellen met een brede bandafstand.
Perovskieten met brede bandafstand: afstemmen op onderwaterlicht
De onderzoekers gebruikten loodhalide-perovskieten met een bandafstand van ongeveer 1,96 eV, speciaal ontworpen om het blauw-tot-oranje lichtspectrum te absorberen dat domineert op een diepte van 5 tot 10 meter. Een belangrijke innovatie was de introductie van polyhexamethyleenguanidinehydrochloride (PHMG) als kristallisatieadditief. Dit additief moduleert de energieniveaus in het perovskietmateriaal, onderdrukt de migratie van halogenide-ionen, vermindert de defectdichtheid en verbetert de roosterstabiliteit-kritische factoren voor duurzame werking onder water.
Om de prestaties van het apparaat onder omstandigheden onder water nauwkeurig te evalueren, ontwikkelde het team een aangepast laboratoriumsysteem uitgerust met op maat gemaakte optische filters om onderwaterverlichting op verschillende diepten te simuleren.
Indrukwekkende prestatiestatistieken
De resultaten waren opvallend. Onder gesimuleerde verlichting op een diepte van 10 meter bereikten de ondergedompelde perovskietzonnecellen een energieconversie-efficiëntie van 34,71%. Onder standaard AM 1.5G-zonneverlichting bereikten de cellen een efficiëntie van 17,08%, waarbij de beste apparaten gecertificeerd waren op 16,79%.
De resultaten van de stabiliteitstests waren even optimistisch. Het bleek dat zonnepanelen die gedurende 300 dagen bij kamertemperatuur in een handschoenenkastje gevuld met stikstof waren opgeslagen, ongeveer 96% van hun aanvankelijke efficiëntie behielden. Bovendien werd er geen verval gevonden na 1.160 uur werken in gesimuleerde omstandigheden die de situatie op 10 meter diepte nabootsen. Bovendien werd via versnelde verouderingstests de levensduur van de T80 geschat op 48.094 uur (of ongeveer 5,49 jaar) bij 25 graden in een gesimuleerde ondergedompelde omgeving.
Van laboratorium tot de Zuid-Chinese Zee
Het team schakelde over van laboratoriumvalidatie naar veldstudies. Ze maakten perovskiet fotovoltaïsche modules met een groot oppervlak en integreerden deze in onderwaterrobotica. De systemen werden getest op 2, 6 en 10 meter diepte in de wateren van de Weizhou-eilanden in de Zuid-Chinese Zee.
De in het veld verkregen resultaten bevestigden met hoge nauwkeurigheid die uit laboratoriumonderzoek. De diepte maakte het mogelijk om gedurende een tijdsbestek van 2 uur een elektriciteitsverbruik van 1.416 mWh op 2 meter hoogte te verkrijgen. Op 6 meter daalde dat aantal tot 752 mWh, en verder tot 324 mWh op een afstand van 10 meter – genoeg om lithium-ionbatterijen en power-LED’s op te laden.
"Wat ons het meest verraste was de hoeveelheid elektrische energie die onze modules met een groot oppervlak slechts twee uur lang onder reële omstandigheden op een waterdiepte van 10 meter opwekten", zei Zhang. "Bovendien hebben we schaalvergroting bereikt van laboratoriumcellen met een klein oppervlak naar modules van grote omvang. De combinatie van laboratoriumonderzoek en veldexperimenten levert sterk bewijs voor de werking van onderwaterfotovoltaïsche zonne-energie."
Een pad naar zelfvoorzienende mariene energie
Deze ontdekking heeft grote gevolgen op verschillende terreinen. Zonnecellen ondergedompeld in water kunnen een bron van onafhankelijke energie zijn voor in water ondergedompelde instrumenten die verantwoordelijk zijn voor het monitoren van de aquacultuur, communicatiesystemen, autonome onderwaterschepen en camera's. Volgens Zhang kunnen ondergedompelde zonne-energie-installaties ervoor zorgen dat onderzeeërs en autonome onderwatervoertuigen veel langere afstanden en missies van langere duur kunnen bereiken dan nu.
De studie werd ondersteund door de Yunling Scholar van de provincie Yunnan en de National Natural Science Foundation of China. Het team van Zhang is van plan door te gaan met het testen van perovskiet-zonnecellen op diepere waterdiepten, het onderzoeken van de operationele grenzen van onderwaterfotovoltaïsche zonne-energie en het opstellen van gestandaardiseerde testprotocollen voor dit opkomende veld.
Aangezien meer dan 70% van het aardoppervlak uit water bestaat, opent de winning van onder de zee verborgen zonne-energie een enorme onvoorspelbare weg voor de productie van groene energie. Niettemin moeten de resterende problemen, zoals biologische aangroei en de langetermijneffecten op de mariene ecologie, nog worden opgelost, maar de succesvolle demonstratie van effectieve onderwaterzonnecellen op 10 meter afstand is een ongelooflijk belangrijke mijlpaal in de richting van het creëren van zelfvoorzienende mariene energiesystemen.
