科学家利用黑色金属技术将太阳能发电效率提升15倍

然而，现有的太阳能热电发电机（STEG）存在严重的效率限制，阻碍了其作为一种实用能源生产形式被更广泛地采用。目前，大多数太阳能热电发电机将不到1%的阳光转化为电能，而住宅太阳能电池板系统的转换效率约为20%。

罗切斯特大学光学研究所的研究人员开发的新技术显著缩小了这一效率差距。在发表于《光：科学与应用》的研究中，该团队描述了其独特的光谱工程与热管理方法，成功研发出一种功率输出比前代设备提高15倍的STEG装置。

"数十年来，研究界一直致力于改进STEG中使用的半导体材料，在整体效率上仅取得小幅提升，" 光学与物理学教授、罗切斯特激光能量学实验室高级科学家郭春雷表示。"本次研究中我们甚至未触及半导体材料，转而聚焦于器件的热端与冷端。通过结合热端增强的太阳能吸收与热能捕获，以及冷端优化的散热性能，我们在效率上实现了惊人突破。"

新型高效STEG采用三项工程技术策略：首先，在热端应用郭实验室研发的特殊黑色金属技术，通过将普通钨金属转化为选择性吸收太阳光波长的材料。利用高能飞秒激光脉冲在金属表面蚀刻纳米级结构，既增强了材料对太阳光的能量吸收率，又降低了其他波长的热耗散。

其次，"我们在黑色金属表面覆盖塑料层构建微型温室，就像农田里的温室那样，" 郭解释道。"这样能最大限度减少对流和传导导致的热损失，从而提高热端温度。"

最后，在装置冷端再次使用飞秒激光脉冲处理普通铝材，制造出具有微纳结构的散热器。该结构通过增强辐射与对流双重机制，将典型铝制散热器的冷却性能提升了一倍。

研究中，郭及其团队通过简单演示表明：相比现有技术，他们的STEG装置能更高效地为LED供电。郭指出该技术还可应用于物联网无线传感器供电、可穿戴设备能源供给，或作为农村地区的离网可再生能源系统。

本研究获得了美国国家科学基金会、FuzeHub创新中心以及戈根数据科学与人工智能研究所的支持。