美國羅切斯特大學科學家借助黑色金屬技術，研制出一款新型太陽能熱電發(fā)電機（STEG），其轉換效率較早期版本提高了15倍。該設備可用于為物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器、可穿戴設備供電，或作為農(nóng)村地區(qū)的離網(wǎng)可再生能源系統(tǒng)。相關研究成果已發(fā)表于最新一期《光：科學與應用》雜志。

STEG被科學界視為極具潛力的太陽能發(fā)電方式，不僅能利用陽光，還可吸收多種熱能，將其轉化為電力。其基本結構包括熱側、冷側及中間的半導體材料，兩側之間的溫差通過塞貝克效應產(chǎn)生電力。

然而，現(xiàn)有STEG存在顯著的效率瓶頸，制約了其作為實用能源的廣泛應用。目前大多數(shù)STEG的光能轉化率不足1%，而住宅太陽能電池板系統(tǒng)的轉化率可達20%左右。在最新研究中，研究團隊通過獨特的光譜工程與熱管理方法，研制出新型STEG設備。

新型高效STEG集成了三大創(chuàng)新策略：熱側采用自研的黑色金屬技術，使普通鎢金屬能選擇性吸收太陽光波長；飛秒激光脈沖在金屬表面蝕刻納米級結構，既增強了設備對太陽光能量的吸收，又減少了熱輻射損失，在冷側利用飛秒激光處理普通鋁材，制造具有微結構的散熱器，通過輻射與對流大幅提升散熱效率，使鋁散熱器的冷卻性能提高一倍；在熱側以塑料片覆蓋黑色金屬形成“迷你溫室”，有效減少對流和導熱，提升了熱側的溫度。

研究團隊表示，過去幾十年，學界主要致力于改進STEG中的半導體材料，雖在整體效率上有所提升，但進展有限。而這次新研究通過增強熱側的吸熱與保溫能力，優(yōu)化冷側的散熱性能，實現(xiàn)了效率的顯著突破。此外，簡單的演示證明，該STEG可為有機發(fā)光二極管供電，且效率遠高于現(xiàn)有方法。

【總編輯圈點】

STEG的基本結構是熱側、冷側及中間的半導體材料。當冷熱兩側存在溫差時，熱能通過塞貝克效應直接產(chǎn)生電能。此前，科研界一直專注于提升STEG所用半導體材料的性能。這次，羅切斯特大學的研究人員不再執(zhí)著于半導體材料，而是將目光瞄準了STEG的兩側，使用實驗室此前已經(jīng)開發(fā)的黑金屬技術，讓熱端更熱；通過激光飛秒技術改造鋁材，讓冷端更冷。思路一變天地開，這一舉措將STEG發(fā)電效率大幅提升15倍，為STEG的大規(guī)模應用掃清了障礙。