Возможно, существует много органических и неорганических материалов, которые можно использовать для подводного солнечного света и эффективного питания автономных подводных транспортных средств, но они были упущены. К такому выводу пришли исследователи из Нью-Йоркского университета в США.
До сих пор общая тенденция с такими транспортными средствами заключалась в использовании традиционных кремниевых солнечных элементов, которые, как отмечает команда Джейсона А. Рера, далеки от идеала после достижения значительной глубины в водной среде, поскольку кремний поглощает большое количество красного и инфракрасного света, который также поглощается водой, особенно на больших глубинах. С результатами, полученными в исследованиях Рера и его коллег, можно будет разработать более эффективные материалы для подводных солнечных панелей.
Подводные аппараты, такие, как те, которые используются для разведки морских глубин, в настоящее время ограничены энергией, поступающей к ним с материка или генерируемой неэффективными бортовыми батареями, что не позволяет этим транспортным средствам путешествовать на большие расстояния и в течение более длительных периодов времени. Новые технологии солнечных элементов, которые уже получили многообещающие успехи на суше и в космическом пространстве, могут дать этим роботизированным подводным лодкам больше свободы передвижения, но водная среда представляет уникальные проблемы. Вода рассеивает и поглощает большую часть спектра видимого света, поглощая красные солнечные длины волн даже на небольшой глубине, прежде чем кремниевые солнечные элементы получат возможность захватить их.
Элементы этого типа являются вероятными кандидатами для подводных применений, поскольку их можно сделать водостойкими и превосходно работать в условиях низкой освещенности.
Большинство предыдущих попыток разработать подводные солнечные элементы были сделаны из обычного кремния или аморфного кремния, которые имеют характеристики, более подходящие для поглощения света на суше. Тем не менее, синий и желтый свет проникают глубоко в толщу воды, даже когда другие длины волн уменьшаются, что говорит о том, что полупроводники, способные преимущественно использовать эти полосы спектра видимого света и, следовательно, не являющиеся типичными полупроводниками традиционных солнечных элементов, могут обеспечить более широкие возможности для подводного энергоснабжения.
Чтобы лучше узнать потенциал подводных солнечных элементов, Рер и его коллеги оценили водоемы в местах, которые включали от самых светлых регионов Атлантического и Тихого океанов до мутного финского озера. Результаты этих анализов показывают, что солнечные элементы, изготовленные из соответствующих материалов, собирают энергию от Солнца на глубину до 50 метров в самых чистых водоемах Земли и что низкая температура воды еще больше повышает эффективность элементов.
Рер объясняет, что дешевые солнечные элементы, изготовленные из органических материалов, которые, как известно, хорошо работают в условиях низкой освещенности, а также сплавы, изготовленные из химических элементов из трех и пяти групп периодической таблицы, могут быть идеальными в глубокой воде. И хотя химический состав полупроводников будет отличаться от химического состава, используемого для солнечных элементов, используемых на суше, общая конструкция останется относительно похожей.
Традиционные кремниевые солнечные панели, такие как те, которые мы видим на некоторых крышах, инкапсулированы, чтобы предотвратить их нанесение ущерба окружающей среде. Исследования показали, что эти панели могут быть погружены и работать под водой в течение нескольких месяцев без значительного повреждения. Рер утверждает, что подобные методы инкапсуляции могут быть использованы для новых солнечных панелей, изготовленных из оптимальных материалов.
Рер и его коллеги уже исследовали некапсулированные органические солнечные элементы, которые очень стабильны в воде, но все же должны доказать, что эти ячейки могут быть более эффективными, чем традиционные. Если это будет достигнуто, Рер прогнозирует, что мы увидим эти новые солнечные элементы на рынке в ближайшем будущем.
