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新技術(shù)使太陽能熱電發(fā)電機功率提升15倍！

2025年08月27日 15:40:37 來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：6913

近日，美國羅切斯特大學(xué)的研究團隊宣布，他們通過“黑金屬“表面工程與雙側(cè)熱管理策略，成功將STEG的輸出功率提升至原有水平的15倍。

　　多年來，研究人員一直在探索太陽能熱電發(fā)電機 (STEG) 作為太陽能發(fā)電的潛在方式。與大多數(shù)太陽能電池板使用的光伏電池不同，STEG以捕獲各種形式的熱能以及陽光直射。
 
　　該設(shè)備的工作原理是利用熱端和冷端之間的溫差，中間放置半導(dǎo)體材料，通過塞貝克效應(yīng)發(fā)電。然而，STEG一直面臨一個重大限制：大多數(shù)設(shè)備將不到1%的陽光轉(zhuǎn)化為電能，遠(yuǎn)低于住宅光伏系統(tǒng)約20%的效率。
 
　　近日，美國羅切斯特大學(xué)的研究團隊宣布，他們通過"黑金屬"表面工程與雙側(cè)熱管理策略，成功將STEG的輸出功率提升至原有水平的15倍。這一突破有望顯著縮小STEG與傳統(tǒng)光伏電池板的效率差距，為可再生能源應(yīng)用開辟新路徑。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《光：科學(xué)與應(yīng)用》期刊。
 
　　STEG基于塞貝克效應(yīng)運作，通過熱端與冷端之間的溫差驅(qū)動半導(dǎo)體材料發(fā)電。羅切斯特大學(xué)團隊此次突破的關(guān)鍵在于重新設(shè)計熱端與冷端的能量管理方式，而非改進(jìn)半導(dǎo)體材料本身。
 
　　研究負(fù)責(zé)人、光學(xué)與物理學(xué)教授郭春雷表示：“過幾十年來，研究界一直專注于改進(jìn)STEG中使用的半導(dǎo)體材料，并在整體效率方面取得了有限的進(jìn)展。在這項研究中，我們甚至沒有觸及半導(dǎo)體材料 —— 相反，我們專注于設(shè)備的熱端和冷端。通過在熱端結(jié)合更好的太陽能吸收和熱量捕獲，以及在冷端實現(xiàn)更好的散熱，我們在效率上取得了驚人的提升。”
 
　　該團隊使用三種主要策略設(shè)計了新型高效STEG。
 
　　1.黑金屬技術(shù)強化熱端吸熱
 
　　團隊采用飛秒激光脈沖在鎢表面蝕刻納米級結(jié)構(gòu)，形成“黑金屬”涂層。這種結(jié)構(gòu)能選擇性吸收太陽波長光線，同時減少其他波長的熱損失。此外，熱端被一層塑料覆蓋，形成“微型溫室效應(yīng)”，有效抑制對流與傳導(dǎo)散熱，進(jìn)一步提升了熱端溫度。
 
　　2.熱端迷你溫室效應(yīng)提升溫度
 
　　研究人員用一塊塑料覆蓋黑色金屬，制作了一個迷你溫室，通過最大限度減少對流和傳導(dǎo)以捕獲更多熱量，從而提高熱側(cè)的溫度。這一設(shè)計進(jìn)一步放大了熱端與冷端的溫差，顯著提升了發(fā)電效率。
 
　　3.飛秒激光優(yōu)化冷端散熱
 
　　在冷端，研究團隊同樣利用飛秒激光脈沖在鋁材表面加工出微米級結(jié)構(gòu)，通過增強輻射與對流散熱，使鋁散熱器的冷卻性能較標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計提升一倍。
 
　　郭春雷指出，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器、可穿戴設(shè)備供電及偏遠(yuǎn)地區(qū)離網(wǎng)能源系統(tǒng)。例如，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，STEG可為低功耗傳感器提供持續(xù)電力，減少電池更換需求。
 
　　此項研究得到了美國國家科學(xué)基金會、FuzeHub及戈爾根數(shù)據(jù)科學(xué)與人工智能研究所的支持。研究團隊表示，未來將進(jìn)一步探索STEG在工業(yè)余熱回收、太空能源采集等場景的潛在應(yīng)用。
 
　　此次突破重新定義了STEG的優(yōu)化方向。通過光譜工程與熱管理技術(shù)的結(jié)合，團隊不僅提升了設(shè)備性能，更為可再生能源領(lǐng)域提供了“材料革新之外”的創(chuàng)新思路。隨著技術(shù)成熟，STEG有望在分布式能源系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，推動全球向低碳能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。
 
　　資料參考來源：科技日報
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