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新技术使太阳能热电发电机功率提升15倍！
2025年08月27日 15:40:37
来源：化工仪器网 作者：羊舌木 点击量：7046
近日，美国罗切斯特大学的研究团队宣布，他们通过“黑金属“表面工程与双侧热管理策略，成功将STEG的输出功率提升至原有水平的15倍。
多年来，研究人员一直在探索太阳能热电发电机 (STEG) 作为太阳能发电的潜在方式。与大多数太阳能电池板使用的光伏电池不同，STEG以捕获各种形式的热能以及阳光直射。
该设备的工作原理是利用热端和冷端之间的温差，中间放置半导体材料，通过塞贝克效应发电。然而，STEG一直面临一个重大限制：大多数设备将不到1%的阳光转化为电能，远低于住宅光伏系统约20%的效率。
近日，美国罗切斯特大学的研究团队宣布，他们通过"黑金属"表面工程与双侧热管理策略，成功将STEG的输出功率提升至原有水平的15倍。这一突破有望显著缩小STEG与传统光伏电池板的效率差距，为可再生能源应用开辟新路径。相关研究成果已发表于《光：科学与应用》期刊。
STEG基于塞贝克效应运作，通过热端与冷端之间的温差驱动半导体材料发电。罗切斯特大学团队此次突破的关键在于重新设计热端与冷端的能量管理方式，而非改进半导体材料本身。
研究负责人、光学与物理学教授郭春雷表示：“过几十年来，研究界一直专注于改进STEG中使用的半导体材料，并在整体效率方面取得了有限的进展。在这项研究中，我们甚至没有触及半导体材料 —— 相反，我们专注于设备的热端和冷端。通过在热端结合更好的太阳能吸收和热量捕获，以及在冷端实现更好的散热，我们在效率上取得了惊人的提升。”
该团队使用三种主要策略设计了新型高效STEG。
1.黑金属技术强化热端吸热
团队采用飞秒激光脉冲在钨表面蚀刻纳米级结构，形成“黑金属”涂层。这种结构能选择性吸收太阳波长光线，同时减少其他波长的热损失。此外，热端被一层塑料覆盖，形成“微型温室效应”，有效抑制对流与传导散热，进一步提升了热端温度。
2.热端迷你温室效应提升温度
研究人员用一块塑料覆盖黑色金属，制作了一个迷你温室，通过最大限度减少对流和传导以捕获更多热量，从而提高热侧的温度。这一设计进一步放大了热端与冷端的温差，显著提升了发电效率。
3.飞秒激光优化冷端散热
在冷端，研究团队同样利用飞秒激光脉冲在铝材表面加工出微米级结构，通过增强辐射与对流散热，使铝散热器的冷却性能较标准设计提升一倍。
郭春雷指出，该技术可广泛应用于物联网无线传感器、可穿戴设备供电及偏远地区离网能源系统。例如，在物联网领域，STEG可为低功耗传感器提供持续电力，减少电池更换需求。
此项研究得到了美国国家科学基金会、FuzeHub及戈尔根数据科学与人工智能研究所的支持。研究团队表示，未来将进一步探索STEG在工业余热回收、太空能源采集等场景的潜在应用。
此次突破重新定义了STEG的优化方向。通过光谱工程与热管理技术的结合，团队不仅提升了设备性能，更为可再生能源领域提供了“材料革新之外”的创新思路。随着技术成熟，STEG有望在分布式能源系统中发挥重要作用，推动全球向低碳能源结构转型。
资料参考来源：科技日报
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