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Solarzellen erzeugen Strom in zehn Metern Meerestiefe
Unter Wasser wird Sonnenlicht rasch schwächer und sein Spektrum verändert sich. Forschern ist es nun gelungen, speziell angepasste Perowskit-Solarzellen noch in zehn Metern Tiefe im Südchinesischen Meer zu betreiben. Die Feldtests zeigen, dass solche Module künftig Sensoren, Kameras und andere autonome Technik unter Wasser direkt mit Energie versorgen könnten.
Kunming (China). Sonnenlicht dringt nur begrenzt in Gewässer ein, denn mit zunehmender Tiefe nimmt seine Intensität ab und die für Solarzellen verfügbare Strahlung konzentriert sich stärker auf kürzere Wellenlängen. Das erschwert eine zuverlässige photovoltaische Stromerzeugung unter Wasser und verlangt Zellen, die mit dem veränderten Lichtspektrum möglichst effizient arbeiten.
Wie groß die Lücke zwischen Labor und Meer bisher war, zeigt eine 2025 veröffentlichte Untersuchung, in der Perowskit-Solarzellen experimentell nur 0,5, drei und sechs Zentimeter unter der Wasseroberfläche getestet wurden. Größere Tiefen bis zehn Meter wurden dort lediglich simuliert, während der neue Versuch den Betrieb nun in eine reale Meerestiefe von zehn Metern verlagert.
Ein Team der Yunnan University (YNU) hat dafür untersucht, wie sich Solarzellen gezielt an die veränderten Lichtbedingungen unter Wasser anpassen lassen. Im Zentrum stehen Perowskit-Zellen mit großer Bandlücke, die den dort noch verfügbaren Anteil des Sonnenspektrums besser nutzen sollen und zunächst im Labor geprüft wurden.
Um unterschiedliche Wassertiefen kontrolliert nachzubilden, entwickelte das Team ein Laborsystem mit angepassten optischen Filtern, das abgeschwächtes und spektral verändertes Licht unterhalb der Wasseroberfläche simuliert. Die Versuche zeigten, dass Zellen mit großer Bandlücke besonders gut zu diesen Bedingungen passen und vor allem blaues bis orangefarbenes Licht nutzen.
Die Zellen erwiesen sich auch in den Stabilitätstests als robust, denn nach 300 Tagen Lagerung in einer mit Stickstoff gefüllten Handschuhbox erreichten sie noch rund 96 Prozent ihrer anfänglichen Effizienz. Unter simulierten Lichtbedingungen für zehn Meter Wassertiefe zeigte sich zudem nach 1.160 Stunden nahezu keine Degradation.
Für den entscheidenden Praxistest integrierten die Wissenschaftler Perowskit-Solarzellen in Unterwasserroboter und brachten die Module vor den Weizhou-Inseln im Südchinesischen Meer auf eine Tiefe von zehn Metern. Dort erzeugten vergrößerte Module während eines zweistündigen Versuchs unter realen Meeresbedingungen elektrische Energie, womit zugleich der Schritt von kleinen Laborzellen zu größeren Modulen gelang.
Der Feldtest belegt allerdings noch keinen jahrelangen Betrieb im Meer, weil die Langzeitstabilität bislang vor allem unter kontrollierten Bedingungen untersucht wurde und der reale Versuch nur zwei Stunden dauerte. Wie weit sich die Technik auf größere Tiefen und längere Einsatzzeiten übertragen lässt, muss deshalb noch systematisch geprüft werden.
Die Technik könnte vor allem dort interessant werden, wo Unterwassergeräte über längere Zeit fern von Land arbeiten und eine lokale Energiequelle benötigen. Denkbare Anwendungen sind Sensoren, Kameras oder Kommunikationssysteme, die bislang Batterien benötigen oder regelmäßig geborgen werden müssen und künftig zumindest teilweise direkt mit Solarstrom versorgt werden könnten.
Als nächsten Schritt wollen die Forscher untersuchen, bis zu welcher Tiefe die Zellen noch sinnvoll arbeiten, und außerdem standardisierte Testverfahren für Unterwasser-Photovoltaik entwickeln. Erst weitere Langzeitdaten aus dem Meer werden zeigen, ob aus dem erfolgreichen Zehn-Meter-Test eine robuste Energiequelle für dauerhaft eingesetzte Unterwassertechnik werden kann.