Un equipo de científicos ha demostrado que las celdas solares de perovskita pueden funcionar a 10 metros bajo la superficie del mar de China Meridional. El estudio, publicado en la revista Joule, representa un avance significativo en el campo de la fotovoltaica sumergida, ya que investigaciones previas solo habían alcanzado profundidades de dos metros o menos.
Primera validación funcional de celdas solares sumergidas a 10 metros
El autor principal del estudio, Wen-Hua Zhang, de la Universidad de Yunnan y la Escuela de Posgrado Conjunta del Suroeste en Kunming, señaló que existen pocos estudios sobre celdas solares subacuáticas y todos se centraban en profundidades de dos metros o menos. “Este trabajo presenta la primera validación funcional de celdas solares sumergidas que operan prácticamente a una profundidad de hasta aproximadamente 10 metros, ampliando enormemente su ámbito de aplicación”, afirmó Zhang.
El equipo desplegó celdas solares de perovskita de haluro de plomo con un ancho de banda prohibida amplio de aproximadamente 1.96 eV. Para lograr perovskitas sumergidas eficientes y duraderas, introdujeron clorhidrato de poliexametilenguanidina para la modulación de los niveles de energía. “Esto permite que las perovskitas se conviertan de tipo p a tipo n, facilitando la extracción de electrones, suprimiendo la migración de iones haluro, reduciendo la densidad de defectos y mejorando la estabilidad de la red”, explica el artículo.
Rendimiento sobresaliente en pruebas de laboratorio
Para probar sus perovskitas, el equipo desarrolló un sistema de laboratorio personalizado con filtros ópticos adaptados que simulaban la iluminación submarina a diversas profundidades. En las pruebas, su perovskita sumergida entregó una eficiencia de conversión de potencia del 34.71% y mostró casi ninguna degradación después de 1,160 horas en condiciones simuladas a una profundidad de 10 metros.
Posteriormente, integraron las celdas solares de perovskita con robots submarinos y las desplegaron a 10 metros de profundidad frente a las islas Weizhou en el mar de China Meridional para probar su aplicación en el mundo real. Los módulos de gran área fueron capaces de generar 324 mWh de electricidad tras dos horas de iluminación submarina a 10 metros de profundidad, suficiente para cargar baterías de iones de litio y encender luces LED.
Pruebas aceleradas adicionales descritas en el artículo predicen que las celdas podrían tener una vida útil de casi 5.5 años cuando se sumergen a 25°C a 10 metros de profundidad. “Lo que más nos sorprendió fue cuánta energía eléctrica generaron nuestros módulos de gran área en condiciones reales a 10 metros de profundidad en solo dos horas”, dice Zhang. “También logramos escalar desde celdas de laboratorio de pequeña área hasta módulos de gran tamaño”, añadió. “La combinación de investigaciones de laboratorio y experimentos de campo proporciona evidencia sólida para la operación de la fotovoltaica submarina”.
Implicaciones para la energía marina autónoma
El artículo de investigación afirma que los hallazgos “allanan el camino para el despliegue práctico de la fotovoltaica de perovskita en entornos submarinos” para alimentar sensores sumergidos, cámaras y sistemas de comunicación lejos de la costa. “Esto ofrece una ruta prometedora hacia sistemas de energía marina autosostenibles y dispositivos submarinos autónomos”, concluye el documento.
Este avance podría revolucionar la forma en que se alimentan los dispositivos submarinos, reduciendo la dependencia de baterías que requieren reemplazo frecuente o conexiones a tierra. La capacidad de generar energía solar bajo el agua abre nuevas posibilidades para la exploración oceánica, la monitorización ambiental y las comunicaciones submarinas.
¿Cómo funciona una celda solar bajo el agua?
Las celdas solares convencionales están diseñadas para captar la luz solar en la superficie, donde el espectro luminoso es amplio. Bajo el agua, la luz se atenúa rápidamente y el espectro se desplaza hacia longitudes de onda más cortas (azul y verde). Las perovskitas de ancho de banda amplio, como las utilizadas en este estudio, pueden absorber eficientemente esas longitudes de onda, lo que las hace ideales para aplicaciones submarinas.
Además, la modulación de niveles de energía con clorhidrato de poliexametilenguanidina permite que el material sea más estable en ambientes húmedos, evitando la degradación que normalmente afecta a las perovskitas en presencia de agua.
Desafíos y próximos pasos
A pesar de los resultados prometedores, aún quedan desafíos por resolver. La vida útil de 5.5 años es inferior a la de los paneles solares comerciales en superficie, que suelen durar más de 20 años. Sin embargo, para aplicaciones submarinas donde el mantenimiento es costoso, esta duración podría ser suficiente en muchos casos.
Los investigadores planean seguir optimizando la estabilidad de las celdas y explorar su integración en una variedad de dispositivos submarinos, desde boyas de monitoreo hasta vehículos autónomos. También esperan reducir los costos de fabricación para facilitar su adopción a gran escala.
