科学家利用黑色金属技术将太阳能效率提升15倍

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

罗彻斯特大学光学研究所的研究人员开发的新技术大幅缩小了这一效率差距。在发表于《光：科学与应用》期刊的研究中，该团队描述了其独特的光谱工程与热管理方法，成功制造出发电功率比先前设备高出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，在整体效率方面仅取得有限进展，"光学与物理学教授、罗彻斯特大学激光能量学实验室资深科学家郭春雷表示。"本研究中，我们甚至未触及半导体材料——而是聚焦于器件的热端和冷端。通过增强热端的太阳能吸收与热量捕获，并优化冷端的热量消散，我们在效率方面实现了惊人突破。"

新型高效STEG采用了三项工程策略。首先，在STEG热端，研究人员运用郭教授实验室研发的特殊黑色金属技术，对普通钨进行改造使其选择性吸收太阳光波段。通过飞秒激光脉冲在金属表面刻蚀纳米级结构，既增强了材料对太阳能的吸收率，又减少了其他波长的热耗散。

其次，研究人员"用塑料片覆盖黑色金属形成迷你温室，类似于农场大棚，"郭教授解释道。"这能最大限度抑制对流与传导热损失，从而提高热端温度。"

最后，在STEG冷端，他们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，通过辐射与对流双重机制提升散热效率。该工艺使典型铝制散热器的冷却效果倍增。

研究中，郭教授团队通过驱动LED的简单演示，验证了其STEG装置比现有方法更高效的电能输出能力。郭教授指出，该技术还可应用于物联网无线传感器供电、可穿戴设备供能，或作为偏远地区的离网可再生能源系统。

本研究由美国国家科学基金会、FuzeHub及戈根数据科学与人工智能研究所提供支持。