新型太陽能熱電發電機效率大幅提升

科技日報記者 劉霞

據美國《每日科學》網站25日報道，美國羅切斯特大學科學家藉助黑色金屬技術，研製出一款新型太陽能熱電發電機（STEG），其轉換效率較早期版本提高了15倍。該設備可用於為物聯網無線傳感器、可穿戴設備供電，或作為農村地區的離網可再生能源系統。相關研究成果已發表於最新一期《光：科學與應用》雜誌。

STEG被科學界視為極具潛力的太陽能發電方式，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，兩側之間的温差通過塞貝克效應產生電力。

然而，現有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STEG的光能轉化率不足1%，而住宅太陽能電池板系統的轉化率可達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，研製出新型STEG設備。

新型高效STEG集成了三大創新策略：熱側採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；飛秒激光脈衝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，製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“迷你温室”，有效減少對流和導熱，提升了熱側的温度。

研究團隊表示，過去幾十年，學界主要致力於改進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温能力，優化冷側的散熱性能，實現了效率的顯著突破。此外，簡單的演示證明，該STEG可為有機發光二極管供電，且效率遠高於現有方法。

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。當冷熱兩側存在温差時，熱能通過塞貝克效應直接產生電能。此前，科研界一直專注於提升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着於半導體材料，而是將目光瞄準了STEG的兩側，使用實驗室此前已經開發的黑金屬技術，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發電效率大幅提升15倍，為STEG的大規模應用掃清了障礙。