研究人员刚刚找到了一种方法，将太阳能发电效率大大提高。STEG代表太阳能热电发电机。该装置利用一种名为塞贝克效应的简单原理工作，即两个不同的导体之间存在温差，从而产生电压。

罗切斯特研究员 Ghunlei Guo 使用人造阳光来测试他的 STEG 材料，该材料经过数千个激光脉冲蚀刻 J. Adam Fenster/罗切斯特大学

简而言之，STEG 是一种一端冷、另一端热的设备，电流通过位于两者之间的半导体流动。STEG 是固态设备，没有活动部件，虽然热端可以通过太阳能加热，但实际上它可以利用任何类型的热能来维持高温。

虽然这一切听起来像是一种被动发电，但传统上，STEG 只能将不到 1% 的阳光转化为电能。相比之下，钙钛矿/硅太阳能电池的能量转化率已超过 30%，STEG 似乎不太可能在短期内取代钙钛矿/硅太阳能电池成为合法且广泛的清洁能源。

然而，罗切斯特大学研究人员的一项新突破似乎有望改变这种看法。通过研究STEG两侧的材料，该团队能够将其太阳热能转化为电能的效率提高至15%。这项研究发表在《光：科学与应用》杂志上，描述了这一突破，其合著者郭春雷表示，这与之前的研究重点截然不同。

“几十年来，研究界一直致力于改进STEG中使用的半导体材料，并在整体效率方面取得了一些进步，”他说道，“在这项研究中，我们甚至没有触及半导体材料，而是专注于设备的热侧和冷侧。通过结合热侧更好的太阳能吸收和热捕获性能以及冷侧更好的散热性能，我们实现了惊人的效率提升。”

团队使用激光振荡器产生光脉冲，将纳米结构蚀刻到热电发电机上

为了实现这一改进，郭和他的团队从他实验室于2020年发明的一种独特的黑色金属入手。为了制造这种金属，他们首先用钨，然后用飞秒激光脉冲（一系列超短光脉冲，蚀刻金属表面）对其进行喷砂。这不仅使钨变成了吸热的黑色，而且激光产生的凹坑位置使其能够吸收更多来自阳光的热量，并保持更长时间。

接下来，用“一块塑料覆盖钨丝，做成一个微型温室，就像农场里的一样，”郭解释说。这样可以更好地保持热量。

对于STEG的冷侧，该团队将超快激光照射到一块铝板上，制成了一个散热性能极佳的散热器。事实上，研究人员表示，他们蚀刻的铝的散热性能是普通铝的两倍。

蚀刻钨的特写 J. Adam Fenster/罗切斯特大学

虽然 STEG 提供电网规模的电力可能还需要一段时间，但研究人员表示，他们的突破——通过为一系列 LED 灯供电来证明——可以用于需要较少电力的应用，例如在物联网领域工作、为可穿戴设备供电或向农村地区的个人家庭供电。

资料来源：罗切斯特大学