В стремлении к энергетической независимости учёные всё чаще обращаются к солнечным термоэлектрическим генераторам (СТЭГ) как к перспективному способу получения электроэнергии. В отличие от привычных фотоэлектрических панелей, СТЭГ способны преобразовывать не только солнечный свет, но и любую тепловую энергию. Устройства работают за счёт разницы температур между горячей и холодной сторонами, между которыми находятся полупроводниковые материалы. Эта разница создаёт электрический ток благодаря эффекту Зеебека.
Однако на сегодняшний день широкому применению СТЭГ мешает низкая эффективность. Большинство существующих устройств преобразуют менее 1% солнечной энергии в электричество, тогда как стандартные солнечные панели достигают эффективности около 20%. Этот серьёзный разрыв долгое время ограничивал практическое использование термоэлектрических генераторов.
Теперь ситуация может измениться благодаря прорыву, достигнутому исследователями из Института оптики Университета Рочестера. В работе, опубликованной в журнале Light: Science and Applications, команда представила новое устройство СТЭГ, вырабатывающее в 15 раз больше энергии, чем предыдущие образцы. Ключ к успеху — не в улучшении полупроводников, как пытались делать раньше, а в оптимизации самой конструкции генератора.
«Десятилетиями учёные сосредотачивались на совершенствовании полупроводниковых материалов, но прогресс был скромным, — говорит профессор Чунлей Гуо из Университета Рочестера и старший научный сотрудник Рочестерской лаборатории лазерной энергетики. — Мы пошли другим путём: не трогая полупроводники, мы сконцентрировались на горячей и холодной сторонах устройства. Улучшив поглощение солнечного света и удержание тепла на одной стороне и повысив эффективность охлаждения на другой, нам удалось резко повысить общую производительность».
Учёные применили три ключевые стратегии. Во-первых, для горячей стороны они использовали технологию «чёрного металла», разработанную в лаборатории Гуо. С помощью мощных фемтосекундных лазеров они создали на поверхности вольфрама наноструктуры, которые делают его чрезвычайно эффективным в поглощении солнечного света. При этом материал почти не излучает тепло на других длинах волн, что позволяет ему сильнее нагреваться и дольше удерживать тепло.
Во-вторых, исследователи накрыли этот «чёрный металл» слоем пластика, превратив его в мини-теплицу. Как на настоящей ферме, такая конструкция минимизирует потери тепла за счёт конвекции и теплопроводности, дополнительно повышая температуру на горячей стороне.
В-третьих, на холодной стороне устройства учёные снова применили фемтосекундные лазеры, но уже к алюминию. Обработанная поверхность образовала радиатор с микроструктурами, которые значительно усиливают теплоотдачу — как за счёт излучения, так и за счёт конвекции. По сравнению с обычным алюминиевым радиатором, эффективность охлаждения удваивается.
В ходе экспериментов команда Гуо продемонстрировала, что их усовершенствованный СТЭГ способен эффективно питать светодиоды и может стать основой для автономных систем энергоснабжения. По словам учёного, технология подходит для питания беспроводных датчиков в системах «Интернет вещей», носимых устройств или может использоваться в удалённых и сельских районах, где нет доступа к централизованной сети. Такой подход открывает новые возможности для доступной и устойчивой энергетики будущего.
Источник: https://techxplore.com/news/2025-08-black-metal-heavy-boost-solar.html
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/