美國羅徹斯特大學的研究人員最近開發出一種新方法，使太陽熱電發電機（STEGs）的效率提升至原有的 15 倍，這有潛力縮小其與傳統太陽能電池板之間的效率差距，並為可再生能源開啟新的可能性。與大多數太陽能電池板使用的光伏電池不同，STEGs 能夠利用多種熱源，包括陽光以外的熱量。這些設備的運作原理是利用熱端與冷端之間的溫差，通過夾在中間的半導體材料，利用塞貝克效應產生電力。
儘管如此，STEGs 面臨著一個重大限制：大多數此類裝置將陽光轉換為電能的效率低於 1%，遠低於住宅光伏系統大約 20% 的效率。然而，這一情況可能因羅徹斯特大學光學研究所的新光譜工程和熱管理方法而有所改變。在一項研究中，研究人員描述了一種系統，顯著提高了輸出，而不需改變半導體材料本身。羅徹斯特大學激光能源實驗室的光學及物理學教授兼高級科學家郭春雷表示：「幾十年來，研究界一直專注於改善用於 STEGs 的半導體材料，並在整體效率上取得了一些微小的進展。在這項研究中，我們甚至沒有接觸半導體材料，而是專注於設備的熱端和冷端。通過在熱端結合更好的太陽能吸收和熱量捕捉，以及在冷端的更有效熱量散發，我們在效率上取得了驚人的改善。」
團隊的這一方法依賴於三項主要創新。首先，在 STEG 的熱端，他們應用了郭教授實驗室所開發的「黑金屬」技術。這項技術利用飛秒激光脈衝，將納米級結構刻入鎢中，使其能夠選擇性地吸收太陽波長的光，同時減少其他波長的熱量損失。其次，他們在黑金屬上覆蓋了一層塑料，創造出微型溫室效應。這一層限制了對流和導熱，使更多的熱量被捕獲，提升了熱端的溫度。郭春雷表示：「您可以最小化對流和導熱，以捕獲更多的熱量，從而增加熱端的溫度。」
在冷端，團隊再次利用飛秒激光脈衝——這次是對鋁進行處理，以產生一個高效的散熱器。這一過程創造了微小結構，通過輻射和對流提高熱量散發性能，將標準鋁散熱器的散熱能力翻倍。新的設計顯示出顯著的實際應用潛力。在測試中，升級版的 STEGs 在驅動 LED 燈方面的表現遠超早期的裝置。根據郭春雷的說法，這項技術可以應用於無線傳感器、可穿戴設備或農村地區的離網可再生系統。這項研究得到了美國國家科學基金會、FuzeHub 和 Goergen 數據科學與人工智能研究所的支持，研究結果已發表在《光：科學與應用》期刊上。
