研究人员开发出一种太阳能热电发电机，其效率是目前最先进的同类设备的15倍。

研究人员一直在寻求更高的能源独立性，他们探索了太阳能热电发电机（STEGs）作为生产太阳能电力的一种潜在途径。与大多数太阳能电池板中的光伏电池不同，STEGs能够捕获各种形式的热能以及直射阳光。这些装置由半导体材料分隔的热端和冷端组成，二者之间的温差通过塞贝克效应产生电能。

然而，固态能量收集器（STEGs）的广泛使用一直受到其效率低下的限制。目前，大多数模型只能将不到1%的入射阳光转化为电能，远低于标准住宅太阳能板约20%的转化率。

罗切斯特大学的创新方法

罗切斯特大学光学研究所的研究人员开发的新技术极大地缩小了这一效率差距。在《光：科学与应用》期刊上发表的一项研究中，该团队介绍了他们独特的光谱工程和热管理方法，这些方法可用来制造一种热电发生器设备，其产生的功率是以前设备的15倍。

罗切斯特大学激光能量学实验室的光学和物理学教授、高级科学家郭春雷（音译）说：“几十年来，研究界一直致力于改进热电发电机中使用的半导体材料，在整体效率方面取得了一些微小的进展。在这项研究中，我们甚至没有接触半导体材料，而是专注于器件的热端和冷端。通过结合热端更好的太阳能吸收和热量捕获以及冷端更好的散热，我们实现了效率上的惊人提升。”

提高效率的三大策略

研究团队采用三种主要策略设计了这种新型高效表面等离激元热电子发电机 (STEGs)。对于器件的热端，他们采用了郭团队开发的一种专业黑金属技术，该技术将普通钨改性为可选择性地吸收太阳光谱中的光。他们利用强烈的飞秒激光脉冲在金属表面蚀刻纳米结构，提高了其捕获太阳光能量的能力，同时限制了其他波长的热损失。

其次，郭说，研究人员“在黑金属上盖上一块塑料，做了一个小型温室，就像农场里的那样”。“你可以将对流和传导降到最低，以保留更多热量，提高热端的温度。”

最后，在超构热发射器（STEG）的冷端，他们再次使用了飞秒激光脉冲，但这次是在普通铝材上，创造了带有微小结构的散热器，通过辐射和对流提高了散热性能。该工艺可使普通铝散热器的冷却性能翻倍。

在这项研究中，郭及其研究团队进行了一项简单演示，展示了他们的STEGS如何比现有方法更有效地为LED供电。郭表示，该技术还可以为物联网中的无线传感器供电，为可穿戴设备提供能量，或作为农村地区的离网可再生能源系统。

参考文献：《通过飞秒激光光谱工程和热管理将太阳能热电发电机的性能提高15倍》，作者：徐天舒、魏然、Subhash C. Singh、郭春雷，发表于2025年8月12日，《光：科学与应用》。数字对象唯一标识符（DOI）：10.1038/s41377-025-01916-9

本研究由国家科学基金会 (National Science Foundation)、FuseHub 和戈尔根数据科学与人工智能研究所 (Goergen Institute for Data Science and Artificial Intelligence) 提供支持。

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