文章内容

据船海能动学院消息 近日，我校船海与能源动力工程学院吕松研究员课题组在水下太阳能利用领域取得重要进展。 研究成果以“Maximizing Underwater Energy Harvesting Efficiency Using Flexible Solar Cells: A Pathway to Sustainable Ocean Power”为题，发表在最新一期《美国科学院院刊》（PNAS）上。我校为唯一署名单位，博士研究生白浩良为第一作者，吕松研究员为通讯作者。

随着国家海洋强国战略的全面推进，“智慧海洋”立体观测系统与海洋航行器等尖端装备需求日益凸显。 水下自主航行器（AUV）、传感器、立体观测系统等海洋智能装备在海洋探测、环境监测及国防安全等领域的重要性进一步凸显，对长续航、自主性和环境适应能力的需求日益增长。然而，传统能源供给方式主要依赖传统柴油机、蓄电池或水面母船补能，这不仅带来续航时间受限、作业和维护成本高昂、安全性降低等问题，还制约了水下作业的灵活性。

基于此，研究团队通过理论建模计算和实验测试等手段，系统性地分析了水下太阳能电池（UWSC）的工作深度和最佳带隙。 建立了首个水下柔性太阳能电池的光学模型， 模拟水面下阳光的光学行为， 结合户外实验证实了UWSC 的曲率优化策略。 研究结果表明，每种 UWSC 都存在一个最佳深度以获得峰值效率，UWSC 的 IPCE 光谱与水下光谱密切匹配是实现峰值效率的主要原因。 模型预测表明， 具有最佳曲率的柔性太阳能电池在 2m 至 50m 深度的全天发电量比传统平面太阳能电池多 9.4%~15.9%。 其中，具有最佳曲率的柔性 a-Si 太阳能电池在水下 2 米处的最大效率达到了 59.7%。 该理论极限超越了水下太阳能收集的基本限制，优于现有的水下光伏解决方案。