Su Altında Elektrik Üreten Yeni Güneş Pili: Enerji Toparlayan Perovskit Teknolojisi

Çin’in Yunnan Üniversitesi’nde Simin Ma’nın öncülüğünde yürütülen bir araştırma, güneş ışığını suyun derinliklerinde bile elektrik enerjisine dönüştürebilen yeni nesil perovskit güneş pili geliştirdi. Su altı derinliklerinde ışığın azalmasıyla birlikte ışık dalga boylarının da değiştiği ortamdaki bu hücre, yaklaşık 10 metre derinlikte gelen ışığın yüzde 35’ini elektriğe çeviriyor. Çalışma, otonom denizcilik sistemleri ve su altı internet teknolojileri için enerji kaynağı olabilecek potansiyeli taşıyor ve 2026 yılında Joule dergisinde yayımlandı.

Geleneksel silisyum güneş panellerinin suyun içine inmesi, ışığın derinliklerle birlikte emilmesinden kaynaklanan bir zorlukla karşı karşıya. Silisyum hücreler genellikle yüzde 20 civarında verimlilik gösterirken, yeni perovskit tasarımı daha yüksek bir dönüşüm oranına ulaşabiliyor. Araştırmacılar, suyun ışığın belirli dalga boylarını hızla engellediğini, ancak doğru biçimde ayarlanan perovskit hücresinin hâlâ derin mavi suda elektrik üretebileceğini belirledi. Düşük ışık seviyesi ve serin sıcaklıkların hücrenin ömrünü uzatıcı etkisi de söz konusu.

Kimyasal Ayar ve Dayanıklılık

Perovskit materyallerinin suya karşı hassas olması, su altı bir panel için ilk bakışta beklenmedik bir seçim gibi görünüyor. Nem bu malzemeler için özellikle yıkıcı bir etki yaratıyor. Ancak perovskitlerin ışığın farklı dalga boylarında çalıştırılabilecek şekilde ayarlanabilmesi gibi bir üstün özelliği de var. Üretim aşamasında kimyasının bazı parametrelerinin inceltilmesi, derinlikte mevcut ışığı emen bir hücre elde etmeyi zorlayıcı bir görev haline getirmiyor. Gerçek zorluk, hücrelerin dayanıklılığını sağlamak olarak ortaya çıkıyor.

Araştırmacılar, birkaç yönden de fayda sağlayan oldukça etkili bir katkı maddesi olan poliheksametilen guanidin hidroklorürü keşfetti. Bu madde, malzemenin etrafında su itici bir katman oluşturmakla birlikte, perovskit kristal örgüsüne de dahil oluyor. Daha büyük kristallerin oluşmasını destekleyen katkı maddesi, örgü yapısındaki iyonların hareketini engelliyor ve perovskitlerin bozulmasının yaygın yollarının bir kısmını sınırlarken, güneş pilinin elektrik üretimini da artırıyor.

Otonom denizcilik güç sistemleri ve su altı internet nesnesi altyapısı için bu tasarımın kullanılabileceğini düşünüyoruz.

Yapımın katılımcısı

Araştırmacılar, tasarımın otonom denizcilik güç sistemleri ve su altı internet nesnesi altyapısı için kullanılabileceğini ifade ediyor. Kabuksuz denizaltı araçları ve sensörler gibi uygulamalar bu kapsamda yer alıyor. Ancak derinliğe gidildikçe yeterli ışık kalmayacağı için bu teknolojinin sınırları da belirginleşiyor.

Sahada Testler ve Beklenen Ömür

Perovskiti koruyucu katmanlarla sararak gerçek bir güneş paneli biçimine getirilen ekibin, dayanıklılık testlerini gerçek dünya koşullarında yürüttüğü görülüyor. Önce filtrelenmiş ışıkla birlikte paneli deniz suyuna yaklaşık 40 gün boyunca daldırıldı. Bu süre sonunda hücre, orijinal verimliliğinin yüzde 99,6’sını korumuş durumda. Buna dayanarak ekibin, panelin deniz suyunda yüzde 80’e düşmeden yaklaşık 5,5 yıl dayanabileceğini tahmin etti. Bu süre, perovskitlerin çoğu ulaşamayan bir ömür olarak nitelendiriliyor.

Ekip ayrıca Güney Çin Denizi’nde küçük bir araçla paneli belirli derinlik ve konumda tutarak gerçek bir test gerçekleştirdi. Panel, 2, 6 ve 10 metre derinliklerde saat başına birkaç saat boyunca coin hücreli pilleri şarj etti. Performans açısından sürpriz bir durum yaşanmamasının yanı sıra, 2 metre derinlikte güneş ışığının yüzey dalgalarıyla etkileşimi nedeniyle gücün güçlü biçimde dalgalandığı fark edildi. Daha derin derinliklerde artan saçılma, güneş paneline çarpan ışığı çok daha tutarlı, ancak daha zayıf hale getiriyor. 10 metre derinlikte panel, 2 metredeki performansına göre bir çeyrekte biraz daha az enerji üretiyor.

Çalışma, su altı enerji sistemleri için yeni bir yol haritası çizse de, derinlik arttıkça ışığın azalması bu teknolojinin kullanım alanını da sınırlıyor. Deniz altındaki keşif ve izleme görevlerinde enerji sağlayan bu hücre, henüz silisyuma ulaşabileceği dayanıklılığı sunamasa da, perovskit teknolojisinin su altı uygulamaları açısından önemli bir adım olarak kaydediliyor.