Eine neuartige Solarzelle auf Perowskitbasis wurde entwickelt, um unter Wasser Strom zu erzeugen. Das Hauptproblem von Perowskiten, die günstiger, flexibler und effizienter als Silizium sein können, ist ihr rascher Zerfall, insbesondere durch Feuchtigkeit. Da sie sich jedoch an unterschiedliche Lichtwellenlängen anpassen lassen, können sie das Licht unter Wasser nutzen, das Siliziumpaneele nicht verwerten können. Auch die geringe Lichtintensität und die kühle Umgebung können die Lebensdauer der Zelle verlängern.
Um die Haltbarkeit zu erhöhen, verwendeten die Forschenden Polyhexamethylenguanidinhydrochlorid als Zusatzstoff. Während dieser Stoff eine wasserabweisende Schicht bildete, förderte er zugleich das Wachstum größerer Kristalle, begrenzte die Ionenbewegung und verbesserte die Stromerzeugung. In Tests, bei denen die Lichtverhältnisse in etwa 10 Metern Tiefe simuliert wurden, wandelte die Zelle rund 35 % der Lichtenergie in Strom um; bei Siliziumpaneelen liegt der Wirkungsgrad üblicherweise bei etwa 20 %.
Das mit Schutzschichten versehene Paneel behielt nach rund 40 Tagen im Meerwasser 99,6 % seines anfänglichen Wirkungsgrads. Die Forschenden berechneten, dass es 5,5 Jahre lang betrieben werden könnte, bevor der Wirkungsgrad auf 80 % sinkt. Ein im Südchinesischen Meer an ein kleines Fahrzeug angeschlossenes Paneel lud in Tiefen von 2, 6 und 10 Metern mehrere Stunden lang Knopfzellen auf. Während die Wellen in 2 Metern Tiefe zu Schwankungen bei der Stromerzeugung führten, war das Licht in größeren Tiefen stabiler, aber schwächer. In 10 Metern Tiefe lag die Energieerzeugung etwas unter einem Viertel des Werts in 2 Metern Tiefe. Das Design könnte den Angaben zufolge in autonomen Energieversorgungssystemen auf See und in Unterwasser-Infrastrukturen für das Internet der Dinge eingesetzt werden.
Warum das wichtig ist
Dieser Ansatz bietet eine Möglichkeit, den Energiebedarf kleiner Unterwasserfahrzeuge und der Infrastruktur für das Internet der Dinge direkt in ihrer Umgebung zu decken. Da Perowskite an verschiedene Wellenlängen angepasst werden können, lässt sich Unterwasserlicht, das Silizium-Paneele nicht verwerten können, für einen eigenen Anwendungsbereich nutzen. Dass Zusatzstoffe und Schutzschichten sowohl feuchtigkeitsbedingte Schäden als auch die Ionenbewegung begrenzen, setzt unmittelbar am grundlegenden Haltbarkeitsproblem der Technologie an. Da der Feldversuch jedoch nur wenige Stunden und der Test im Meerwasser etwa 40 Tage dauerte, bleibt offen, ob sich die berechnete Lebensdauer von 5,5 Jahren im tatsächlichen Einsatz bestätigen lässt. Der Rückgang der Energieerzeugung mit zunehmender Tiefe ist zudem eine der wesentlichen Einschränkungen dafür, welche Geräte mit diesem System betrieben werden können.