2026 年 9 月 21 日- 海洋再生可能エネルギーの大きな進歩として、中国とスイスの研究者は、海面下10メートルで動作し、水中でリチウムイオン電池を充電するのに十分な電力を生成できるペロブスカイト太陽電池の実証に成功した。この研究結果は、Cell Press 誌に 9 月 11 日に掲載されました。ジュール、実用的な用途に関連する深さでの、水中太陽電池の最初の機能検証を表します。
浅瀬を越えて
長年にわたり、太陽光発電は太陽電池および関連技術の観点から陸上で使用されてきましたが、水中で太陽エネルギーを収集することは非常に複雑です。水中では光が急激に弱くなるため、水中ではさまざまな色の光が現れます。水中太陽光発電に関するこれまでの試験は最大水深2メートルまで行われており、実用化にはまだ程遠い。
「水中太陽電池に関する研究はほとんど報告されておらず、そのすべてはわずか2メートル以下の非常に浅い水深に焦点を当てている」と、この研究を主導した中国昆明の雲南大学兼西南連合大学院のウェンファ・チャン氏は述べた。 「この研究は、最大約10メートルの水深で実際に動作する水中太陽電池の最初の機能検証を示し、その応用範囲を大幅に広げます。」
スイス連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）の研究者も参加した研究チームは、ワイドバンドギャップペロブスカイト太陽電池を中心とした材料・デバイス戦略を通じてこの課題に取り組んだ。
ワイドバンドギャップ ペロブスカイト: 水中光の調整
研究者らは、約1.96 eVのバンドギャップを持つハロゲン化鉛ペロブスカイトを採用し、深さ5～10メートルで優勢となる青色からオレンジ色の光スペクトルを吸収するように特別に設計した。重要な革新は、結晶化添加剤としてポリヘキサメチレングアニジン塩酸塩 (PHMG) を導入したことです。この添加剤は、ペロブスカイト材料内のエネルギーレベルを調整し、ハロゲン化物イオンの移動を抑制し、欠陥密度を低減し、耐久性のある水中動作にとって重要な要素である格子安定性を高めます。
水没条件下でのデバイスの性能を正確に評価するために、チームは、さまざまな深さでの水中照明をシミュレートするために調整された光学フィルターを備えたカスタマイズされた実験室システムを開発しました。
優れたパフォーマンス指標
その結果は驚くべきものでした。深さ 10 メートルのシミュレーション照明下で、水中に埋められたペロブスカイト太陽電池は 34.71% の電力変換効率を達成しました。標準的な AM 1.5G 太陽光照射下では、セルの効率は 17.08% に達し、最高のデバイスでは 16.79% が認定されました。
安定性テストの結果も同様に楽観的でした。窒素を充填したグローブボックス内で室温で 300 日間保管したソーラー パネルは、初期効率の約 96% を維持することがわかりました。さらに、深さ 10 m の状況を模倣した模擬条件で 1,160 時間作業した後でも、腐食は見つかりませんでした。さらに、加速老化試験により、T80 の寿命は模擬水中環境で 25 度で 48,094 時間 (または約 5.49 年) と推定されました。
研究室から南シナ海まで
チームは実験室での検証から実地調査に移行しました。彼らは大面積ペロブスカイト太陽光発電モジュールを準備し、それらを水中ロボット工学に統合しました。このシステムは、南シナ海の潭州諸島の海域で水深 2 メートル、6 メートル、および 10 メートルでテストされました。
現場で得られた結果は、実験室研究の結果を高い精度で裏付けました。この深さにより、2 メートルで 2 時間の時間枠で 1,416 mWh の電力を得ることができました。 6 メートルの距離ではその数値は 752 mWh に低下し、さらに 10 メートルの距離では 324 mWh に低下しました。これはリチウムイオン電池を充電して LED に電力を供給するのに十分な量です。
「私たちを最も驚かせたのは、大面積モジュールが水深 10 メートルの現実世界の条件下でわずか 2 時間生成した非常に多くの電気エネルギーでした」と Zhang 氏は述べています。 「さらに、私たちは小面積の実験用セルから大型モジュールまでの拡張を達成しました。実験室での調査と現場での実験を組み合わせることで、水中太陽光発電の動作に関する強力な証拠が得られます。」
自立した海洋エネルギーへの道
この発見は、さまざまな分野にわたって大きな影響を及ぼします。水中に沈められた太陽電池は、水産養殖、通信システム、自律型水中船舶、およびカメラの監視を担当する水中に沈められたツールの独立したエネルギー源となる可能性があります。チャン氏によると、水中太陽光発電装置により、潜水艦や自律型水中車両は現在よりもはるかに長い距離と長期間のミッションを達成できる可能性があるという。
この研究は、雲南省の雲陵奨学生と中国国家自然科学財団の支援を受けた。張氏のチームは、より深い水深でペロブスカイト太陽電池のテストを継続し、水中太陽光発電の動作限界を調査し、この新興分野向けの標準化されたテストプロトコルを確立する予定である。
地球の表面の 70 % 以上が水でできていることを考えると、海中に隠された太陽エネルギーの抽出により、グリーン エネルギー生産の巨大な予測不可能な道が開かれます。それにもかかわらず、生物付着や海洋生態系への長期的な影響などの残りの問題はまだ解決されていませんが、水深10メートルで効果的な水中太陽電池の実証に成功したことは、自給自足の海洋エネルギーシステムの構築に向けた非常に重要なマイルストーンです。
