“黑色金属”如何使太阳能技术更15倍有效

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Darren Orf

Fri, August 29, 2025 at 2:30 AM GMT+9·

这种黑金属使太阳能技术超有效。JuSun - Getty Images

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这里是当你读这个故事时你会学到的：

•在过去的几十年里，光伏效率已经长足的进步，但总有改进的空间。

•一项新的研究分析如何使太阳能热电发电机或STEGs通过用一种新的“黑色金属”以及激光蚀刻的纳米结构来提高热吸收和散发更有效率的。

•太阳能热电发电机不仅可以提供以它们自己权力的能源，它们也还能被集成到未来的光伏中来甚至进一步改进效率。

几十年来，由光伏驱动的太阳能电池板一直在做出稳定的效率增益同时驱动成本下降。从所有指标，太阳能技术的进步一直是这样一个不可否认的成功，很容易来忘记未来有一天有其他可能与光伏技术本身竞争甚至超越它的太阳能利用技术。.

在领先的竞争者中是被称为太阳能热电发电机（STEGs）的。与太阳能板不同，太阳能热电发电机能利用比仅阳光更多的热能。它们依靠一个热吸收面被一个半导体连接到冷耗散面。这种设置允许太阳能热电发电机通过一个叫塞贝克效应（以德国物理学家托马斯·塞贝克命名）现象来产生能量——其中温差能造成价电子从热的一面流向冷的一面，在这个过程中产生电流。

对太阳能热电发电机技术被广泛部署最大的限制是极低的约1%效率——这与回到19世纪末期的光伏效率是可比较的。虽然改进半导体材料可以提升太阳能热电发电机的电输出，但来自罗切斯特大学的研究团队决定在另一种策略上，集中在装置的温度依赖组件上。他们用一种在实验室研发的“黑金属技术”和激光蚀刻纳米级结构进入这些太阳能热电发电机，团队增加了效率高达15倍。这项突破性研究成果被发表于《光：科学与应用（Light: Science and Applications）》期刊。

该研究资深作者、来自罗切斯特大学的郭春雷在新闻声明中说，“数十年来，科研界一直集中在改进用于太阳能热电发电机（STEGs）中半导体材料上已经做出了谦逊的整体效率增益，在这个研究中——我们甚至不接触半导体材料而是我们集中在装置的热面和冷面上。通过结合更好的太阳能吸收和陷在热面的热捕获与在冷面更好的散热，我们做出了一个效率中惊人的改进” 。

郭将这项突破描述为三个步骤。首先，研究团队开发出用钨制成的特别的吸收太阳光波长的光的黑色金属。其次，他们用飞秒激光脉冲来蚀刻纳米级结构，这改进了太阳能热电发电机热面的吸收同时的降低热散发。

郭说，接下来团队用一种塑料覆盖了这种黑色金属来创造一种“微型温室”。这最小化对流和传导，这样捕获更多的热。

最后，研究人员用激光脉冲在太阳能热电发电机的冷面铝材上蚀刻进纳米结构。但这次，他们目标是通过辐射和对流改善散热，基本上将散热的性能提升了一倍。

作者在文中写道：“随着发电能力的提升，一种小型太阳能热电发电机能潜在的为微电子设备提供电力，例如用于气象监测和农业应用的自主传感器以及智能设备。我们的工作[...]为将太阳能热电发电机技术应用于物联网传感器、可穿戴设备开辟一种可能性，并展示这种潜力与光伏电池结合来进一步提升太阳能收集效率” 。

正如过去几十年光伏技术已经证明的，时间、专注和充足的资金能广大地提升可再生能源技术。现在出现太阳能热电发电机正准备好来开始这段旅程。