太陽電池を海に沈めたら、水深10メートルで電池が充電できた

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太陽電池を海の中に沈めたら、どのくらい発電できるのか。中国・雲南大学のチームがこれを南シナ海で実際に試して、水深10メートルでもリチウムイオン電池を充電できることを確かめました。結果は2026年9月11日、エネルギー分野の学術誌『Joule』に載っています。

水の中は暗い、というのは誰でも知っています。それでも10メートルの深さで太陽電池が働いたのは、暗さに耐えたからではなく、「海の中の光は色が偏っている」という性質に合わせて電池のほうを作り変えたからでした。

これまでの水中太陽電池は水深2メートルが限界

海に沈めた機器に電気をどう届けるかは、以前から悩みの種でした。海底に置いた観測センサーや水中カメラ、通信装置は、電池が切れたら回収して交換するか、陸からケーブルを引くしかありません。海の上に浮かべた太陽光パネルから電線でつなぐ手もありますが、波にさらされる浮体は壊れやすく、船の航行の邪魔にもなります。

そこで「太陽電池そのものを沈めてしまえばいい」という発想は前からあったのですが、実際に試された研究はごくわずかで、しかもどれも水深2メートル以下の浅いところでの話でした。責任著者のWen-Hua Zhang氏は、それでは実用に求められる条件からかけ離れている、と述べています。

理由は単純で、太陽の光は水の中を長く進めないからです。水面で跳ね返される分も多いうえ、水に入った光も吸収と散乱で急激に弱まります。深くなるほど暗くなるのは、光そのものが途中で失われているためです。

深さごとに変わる海中の光の色

ただし、海の中で光は「ただ弱くなる」だけではありません。色ごとに減り方が違います。

水は赤い光をよく吸収します。だから水に入った日光は、まず赤や橙が数メートルのうちに消えていき、黄色もそれに続きます。最後まで残るのが青と緑です。ダイビングの写真がやたら青っぽく写るのは、まさにこれが原因で、深いところでは赤い魚も灰色に見えます。

研究チームがねらったのは、水深5〜10メートルあたりに届く光でした。ここまで来ると、残っているのは波長がおおむね400〜600ナノメートルの青〜緑の光がほとんどです。太陽の光の全部を受け止める必要はなく、この青緑の帯だけを効率よく電気に変えられれば、それで足りることになります。

陸では損な性質が海では強みになる

チームが使ったのは、ペロブスカイトと呼ばれる結晶材料の太陽電池です。塗って作れる新しいタイプの太陽電池で、材料の配合を変えると「どの色の光を電気に変えるか」を調節できるのが特徴です。

太陽電池には「バンドギャップ」という値があります。ざっくり言えば、その材料が反応できる光の色の境目で、この値が大きい（ワイドバンドギャップ）材料は、青や緑のようなエネルギーの高い光にはよく反応する一方、赤や近赤外のようなエネルギーの低い光は素通りさせてしまいます。

陸の上でこれをやると損です。地上に届く日光には赤い成分がたっぷり含まれているので、それを捨てるぶん発電量が減ります。屋根に乗せる太陽電池がバンドギャップの小さい材料で作られているのはそのためで、ワイドバンドギャップの材料は単体で使うには不向きとされてきました。

ところが海の中では、事情がまるごと反転します。赤い光は水が先に吸い取っていて、そもそも届いていません。届いていない光を捨てても、何も失わないことになります。むしろ、青緑の光だけを相手にするなら、ワイドバンドギャップの材料は光1つぶんあたりで取り出せる電圧が高いので、有利にすらなります。

陸では欠点だった性質が、海の色に合わせると長所に変わる。この記事でいちばん面白いのはこの一点です。

チームはバンドギャップが約1.96電子ボルトのペロブスカイトを選び、さらに製造時にポリヘキサメチレングアニジン塩酸塩という高分子を混ぜ込んで、電池の中で電気がうまく流れるように調整しました。実験室に海中の光を再現する装置を組み、深さごとの光を光学フィルターで作り出して条件を詰めていったところ、水中の光に対する変換効率は35%近くに達したとされています。ただしこの数字は、青緑に絞られた光を相手にしたときの値で、日光をまるごと受ける屋根の太陽電池の効率とはものさしが違います。そのまま並べて比べる数字ではありません。

南シナ海での試験と深さ別の発電量

実験室でめどが立ったあと、チームは電池を面積115平方センチメートルのモジュールに大きくして、南シナ海の潿洲島（ウェイジョウ島）沖に持ち込みました。水中ロボットにモジュールを載せて、水深2メートル、6メートル、10メートルの3つの深さに沈め、それぞれ2時間ずつリチウムイオン電池に充電させています。

得られた電気の量は、次のとおりでした。

水深2メートル：1,416ミリワット時
水深6メートル：752ミリワット時
水深10メートル：324ミリワット時

深くなるにつれて、4メートルごとにおおむね半分ずつ減っていく形です。海中で光が指数関数的に弱まる様子が、そのまま数字に出ています。それでも10メートルの深さで、2時間の充電で電池をLEDの表示板が点くところまで満たせた、というのが今回の結果です。

耐久性についても調べられています。窒素を満たした箱で300日間保管したあとも当初の効率の96%を保ち、水深10メートルの光を再現した条件で1,160時間照らし続けてもほとんど劣化が見られませんでした。これらの加速試験から見積もった寿命は、水温25℃・水深10メートルで約5.5年とされています。Zhang氏は、深い場所でわずか2時間にこれだけの電気が取れたことに最も驚いた、と話しています。

初めての水深10メートル、残る課題

水深10メートルで太陽電池が実際に働くことを確認した例は、これが初めてです。チームは、遠洋の観測装置やサンゴ礁を映し続けるカメラ、海中の通信・音響モニタリングといった、陸から電気を引きにくい場所の電源に使える可能性があると見ています。

一方で、324ミリワット時という量を冷静に受け止める必要もあります。スマートフォンの電池が1万ミリワット時を超えることを考えると、これはセンサーのような小さな機器を細く長く動かすための電力です。海中の大型設備を動かすような話ではありません。今回の海での試験時間も1回あたり2時間で、5.5年という寿命は実海域で確かめたものではなく、実験室の加速試験からの推定です。水の濁りやプランクトン、海藻や生き物の付着が長期的にどう影響するかも、まだこれからの検証になります。

研究チームは今後、もっと深い場所でどこまで動くのかを調べ、水中太陽電池の性能を比べるための標準的な試験方法を作りたいとしています。海の色に電池を合わせるという考え方が、どこまで深くまで通用するのか。次の報告を待ちたいところです。

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出典

論文：Ma, S. et al. “Submerged solar harvesting with wide-band-gap perovskites for autonomous underwater energy systems.” Joule (2026). https://doi.org/10.1016/j.joule.2026.102672
Cell Pressプレスリリース（Scimex掲載）：Sub sea solar: New solar cells can work 10 metres below the ocean’s surface
ScienceAlert：Scientists Successfully Test Underwater Solar Cells 32 Feet Below The South China Sea