美國科學家發現，有很多被忽視的有機或無機材料可在水下利用太陽光，從而為自動潛水器高效供能。近日發表于《焦耳》的這項研究，為不同水深制定了最優帶隙值準則，闡明了多種寬帶隙半導體是水下使用的最佳裝備，而非傳統硅太陽能電池中的窄帶隙半導體。

論文作者之一、紐約大學坦登工程學院博士后研究員Jason?A.R?hr說：“截至目前，總體趨勢是使用傳統硅電池，但我們發現它遠不盡人意，一旦深度較深，硅會吸收大量紅光和紅外光，而水也會吸收這兩種光。有了我們制定的準則，更多優選材料將被開發出來。”

例如用于探索深海的潛水器，目前正受限于陸上電力或機載電池不足，導致無法實現遠距離及長時間航行。太陽能電池技術已經從陸地進入外太空，這給了潛水器更多自由漫游的機會。但水下世界存在獨特的挑戰。水能夠散射并吸收大多可見光譜，在較淺深度時便吸收了紅色太陽能波長，使硅基太陽能電池毫無捕捉機會。

先前大多試圖開發水下太陽能電池的研究都是基于硅或非晶硅，它們帶隙較窄，是陸地上吸收光照的最佳選擇。然而，在其他光波波長消失時，藍光和黃光依然可以深入穿透水體，這表明傳統太陽能電池中不采用的寬帶隙半導體可能是水下功能的更好選擇。

為了更好理解水下太陽能電池的潛能，R?hr和同事測試了從太平洋到大西洋的最清澈水域，以及渾濁的芬蘭湖泊的水體，利用一個精準平衡的模型測定了太陽能電池在每個地點的效率極限。發現太陽能電池可在地球最清澈的水體50米深處吸收太陽能，而寒冷的水能進一步提高電池效率。

經研究人員計算，太陽能電池吸收器在水下2米、以1.8電子伏特帶隙，或水下50米、以2.4電子伏特帶隙能夠發揮最佳功能。這些數值在所有研究水域中保持恒定，證明太陽能電池應根據特定工作深度而非水域位置來設制。

R?hr注意到，能夠在低光線條件下較好發揮功能的廉價有機材料太陽能電池，以及由3到5種元素制成的合金也是深水中的理想材料。雖然構成這些半導體的物質與陸地用太陽能電池不同，但整體設計依然相似。

“太陽光吸收材料必須做出改變，但答案的設計并不需要大的改動。”R?hr說，“為了防止環境中的損傷，傳統的硅太陽能電池板——就是可以在房頂上找到的那種——經過了封裝。研究顯示，這些電池板在沒有持續損傷的情況下，可以浸入水中工作數月。優選材料所制成的太陽能電池板也可以采取類似的封裝方法。”現在他們已經揭示了水下太陽能電池高效工作的要點，研究人員計劃研發優選材料。

“這會非常有趣！”R?hr說，“我們已經研究出了在水下高度穩定的未封裝有機電池，但依然需要證明這種電池比傳統電池更高效。我們相信不久就會在市場上見到新型的令人激動的太陽能電池。”