科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

據(jù)美國(guó)《每日科學(xué)》網(wǎng)站25日?qǐng)?bào)道，美國(guó)羅切斯特大學(xué)科學(xué)家借助黑色金屬技術(shù)，研制出一款新型太陽(yáng)能熱電發(fā)電機(jī)（STEG），其轉(zhuǎn)換效率較早期版本提高了15倍。該設(shè)備可用于為物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳感器、可穿戴設(shè)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(guān)研究成果已發(fā)表于最新一期《光：科學(xué)與應(yīng)用》雜志。

STEG被科學(xué)界視為極具潛力的太陽(yáng)能發(fā)電方式，不僅能利用陽(yáng)光，還可吸收多種熱能，將其轉(zhuǎn)化為電力。其基本結(jié)構(gòu)包括熱側(cè)、冷側(cè)及中間的半導(dǎo)體材料，兩側(cè)之間的溫差通過(guò)塞貝克效應(yīng)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(shí)用能源的廣泛應(yīng)用。目前大多數(shù)STEG的光能轉(zhuǎn)化率不足1%，而住宅太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率可達(dá)20%左右。在最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)獨(dú)特的光譜工程與熱管理方法，研制出新型STEG設(shè)備。

新型高效STEG集成了三大創(chuàng)新策略：熱側(cè)采用自研的黑色金屬技術(shù)，使普通鎢金屬能選擇性吸收太陽(yáng)光波長(zhǎng)；飛秒激光脈沖在金屬表面蝕刻納米級(jí)結(jié)構(gòu)，既增強(qiáng)了設(shè)備對(duì)太陽(yáng)光能量的吸收，又減少了熱輻射損失，在冷側(cè)利用飛秒激光處理普通鋁材，制造具有微結(jié)構(gòu)的散熱器，通過(guò)輻射與對(duì)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(cè)以塑料片覆蓋黑色金屬形成“迷你溫室”，有效減少對(duì)流和導(dǎo)熱，提升了熱側(cè)的溫度。

研究團(tuán)隊(duì)表示，過(guò)去幾十年，學(xué)界主要致力于改進(jìn)STEG中的半導(dǎo)體材料，雖在整體效率上有所提升，但進(jìn)展有限。而這次新研究通過(guò)增強(qiáng)熱側(cè)的吸熱與保溫能力，優(yōu)化冷側(cè)的散熱性能，實(shí)現(xiàn)了效率的顯著突破。此外，簡(jiǎn)單的演示證明，該STEG可為有機(jī)發(fā)光二極管供電，且效率遠(yuǎn)高于現(xiàn)有方法。

總編輯圈點(diǎn)

STEG的基本結(jié)構(gòu)是熱側(cè)、冷側(cè)及中間的半導(dǎo)體材料。當(dāng)冷熱兩側(cè)存在溫差時(shí)，熱能通過(guò)塞貝克效應(yīng)直接產(chǎn)生電能。此前，科研界一直專注于提升STEG所用半導(dǎo)體材料的性能。這次，羅切斯特大學(xué)的研究人員不再執(zhí)著于半導(dǎo)體材料，而是將目光瞄準(zhǔn)了STEG的兩側(cè)，使用實(shí)驗(yàn)室此前已經(jīng)開(kāi)發(fā)的黑金屬技術(shù)，讓熱端更熱；通過(guò)激光飛秒技術(shù)改造鋁材，讓冷端更冷。思路一變天地開(kāi)，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(yīng)用掃清了障礙。