New STEG tech boosts solar efficiency by 15x

•該技術利用飛秒雷射脈衝在普通鎢材料表面蝕刻出奈米結構，形成一種「黑金屬」選擇性太陽吸收體（W-SSA），能吸收超過80%的入射太陽光並減少紅外輻射散失，顯著提升熱端溫度。
•研究團隊在熱端覆蓋一層塑膠，形成「微型溫室」結構，有效抑制對流與傳導熱損失達40%以上，進一步將熱量保留在系統中。
•在冷端，研究人員同樣採用飛秒雷射對鋁材進行微結構加工，製成微結構散熱器（μ-dissipator），其綜合散熱性能是普通鋁製散熱片的兩倍，確保冷端能保持更低溫度。
•此研究的創新之處在於將重點從傳統的改進半導體材料轉移到優化熱電發電機的熱端和冷端，透過強化吸熱、保溫與強化散熱來成倍拉大溫差，而非直接改變半導體材料本身。

熱端設計 (Hot Side Design)：
- 材料：普通鎢 (Tungsten, W)。
- 處理方式：採用飛秒雷射脈衝對鎢材料表面進行微納結構加工，製備成選擇性太陽吸收體（W-SSA）。
- 功能：這種「黑金屬」表面能選擇性吸收太陽光波長，在較高溫度下吸收超過80%的入射太陽光，同時最大限度地減少紅外輻射散失，以將吸收的能量保留在系統中。
- 熱量捕獲：在黑金屬吸收體上覆蓋一層塑膠，形成類似「微型溫室」的結構，可將對流與傳導帶來的熱損失降低40%以上，進一步提升熱端溫度。
冷端設計 (Cold Side Design)：
- 材料：普通鋁材 (Aluminum, Al)。
- 處理方式：同樣使用飛秒雷射脈衝對鋁材進行微結構加工，構建出微結構散熱器（μ-dissipator）。
- 功能：此散熱器顯著提升了器件的散熱能力，在輻射散熱和對流散熱兩個維度上均有所增強，其綜合散熱表現約為普通鋁製散熱片的兩倍，有助於保持冷端更低的溫度。
發電原理：基於塞貝克效應（Seebeck effect），利用熱電材料兩端（熱端與冷端）的溫差來產生電壓和電流。
效率提升策略：透過優化熱端吸熱與保溫、冷端高效散熱，大幅拉大熱電發電機兩端的溫差，從而實現輸出功率的顯著提升。

STEG技術將成為微型電子設備的長期低維護供電解決方案。

該技術體積小、重量輕且能提供持續供電，特別適合無線感測器、可穿戴電子設備及醫療感測器等需要微瓦到毫瓦級持續供電的應用場景。

該技術有望推動偏遠和農村地區的離網再生能源系統發展。

STEG能夠利用多種熱能來源，提供獨立且可靠的電力，有助於為缺乏穩定電網的地區提供可再生能源解決方案。

2025-08

羅徹斯特大學研究團隊在《Light: Science & Applications》期刊發表論文，詳細介紹新型太陽熱電發電機（STEG）技術，實現15倍效率提升。

新型太陽熱電發電技術效率提升 15 倍