Résumé :
La production d'énergie solaire sous-marine a longtemps été considérée comme une zone techniquement interdite et insurmontable par la communauté scientifique en raison de graves problèmes d'atténuation de la lumière et d'érosion hydrique. Cependant, un récent développement de la recherche scientifique bouleverse cette compréhension traditionnelle. En personnalisant la conception de nouveaux matériaux photovoltaïques pérovskites, une équipe de recherche scientifique multinationale a développé avec succès une cellule solaire capable de fonctionner de manière stable dans un environnement sous-marin et d'atteindre une efficacité de conversion photoélectrique élevée, ouvrant ainsi une nouvelle voie vers l'autosuffisance énergétique pour les capteurs d'observation des océans, les véhicules sous-marins autonomes (AUV) et les réseaux de surveillance sous-marine à long terme.
Dans les connaissances traditionnelles, l'utilisation du photovoltaïque sous-marin se heurte à deux barrières naturelles majeures. Le premier est le changement radical des caractéristiques spectrales. L'eau, en tant que milieu fortement absorbant, absorbe rapidement la majeure partie du spectre de la lumière infrarouge et rouge, ce qui fait que la lumière pénétrant sous l'eau se concentre principalement dans une étroite bande bleu-vert. Les cellules solaires traditionnelles à base de silicium conçues pour un spectre complet de lumière solaire ont un spectre d’absorption extrêmement inégal sous l’eau et leur efficacité diminue fortement. La seconde est la question de la stabilité matérielle. Les matériaux pérovskites, connus pour leur grande efficacité, sont facilement dégradés par l’humidité. Leur placement dans des environnements marins riches en eau, voire à forte salinité, pour des travaux à long terme se heurte à d'énormes défis physiques et chimiques.
Afin de surmonter ces problèmes, l'équipe de recherche scientifique a repensé la structure de la bande d'énergie et la composition chimique du matériau pérovskite pour le spectre de la lumière bleu-vert sous-marine, et a ajusté avec précision la bande interdite afin que son pic d'absorption optique chevauche fortement le spectre bleu-vert filtré sous l'eau, obtenant ainsi une capture et une conversion d'énergie maximales des photons pénétrant dans les eaux profondes. Dans le même temps, l'équipe de recherche a réalisé des innovations clés dans l'emballage des batteries et les couches de protection d'interface, en utilisant de nouveaux polymères hydrophobes et une technologie de film barrière dense multicouche, qui non seulement isole complètement les molécules d'eau et les ions de sel dissous de la pénétration et de la corrosion de la couche perovskite absorbant la lumière, mais assure également une réfraction efficace et une entrée de lumière sur la surface de la batterie.
Les données de tests expérimentaux montrent que cette nouvelle batterie sous-marine en pérovskite démontre une efficacité de conversion photoélectrique et des performances anti-atténuation qui dépassent largement les batteries traditionnelles à base de silicium dans des environnements de lumière bleu-vert simulés de différentes profondeurs d'eau. Même dans des conditions difficiles d'immersion continue dans l'eau et d'une certaine pression d'eau, la batterie peut toujours maintenir une puissance de sortie stable pendant une longue période, vérifiant ainsi sa faisabilité technique dans des environnements aquatiques réels complexes.
Avec la croissance rapide de la demande mondiale en matière d'exploration des grands fonds marins, de surveillance écologique marine et d'aquaculture offshore intelligente, le goulot d'étranglement de l'alimentation électrique des équipements électroniques sous-marins est devenu de plus en plus important. Les équipements sous-marins traditionnels reposent généralement sur des blocs-batteries robustes pour l'alimentation électrique, qui nécessitent une récupération et un remplacement fréquents ou un réapprovisionnement câblé à partir des navires-mères, ce qui rend les coûts d'exploitation et de maintenance extrêmement élevés. Si la technologie photovoltaïque sous-marine à base de pérovskite peut être industrialisée davantage et déployée sur des bouées, des robots sous-marins et des capteurs fixes du fond marin, on s'attend à ce que les équipements sous-marins puissent atteindre une auto-alimentation in situ à long terme à l'aide de la lumière naturelle du soleil ou même de la lumière diffuse offshore, repoussant considérablement les limites des capacités humaines pour une détection continue à long terme et à faible coût de l'environnement marin.
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