太陽能轉換效率取得突破！新型「黑金屬」裝置發電量提升 15 倍

美國羅徹斯特大學光學研究所（University of Rochester Institute of Optics）研究團隊，近日在太陽熱電發電機（STEG）技術取得重大突破，開發出效率比現有頂尖設備高出 15 倍的新型黑金屬裝置，並在 2025 年 8 月 12 日發表於期刊《Light: Science and Applications》。

由美國羅徹斯特大學光學研究所光學與物理學教授高春雷領導團隊，使用創新「黑金屬」材料透過飛秒雷射光譜工程和熱管理，實現選擇性光吸收，捕捉各種形式的熱能及直射陽光，這些裝置由半導體材料隔開的熱側和冷側組成。

郭春雷表示，太陽熱電發電機不同於傳統依賴光電效應的光伏電池，主要是利用太陽能產生的熱能，借助兩側溫差通過塞貝克效應（Seebeck effect）轉換為電力，但過去 STE 裝置效率不足 1%，遠遜於標準住宅太陽能電池板約 20% 的轉換效率。

郭春雷指出，研究團隊並未更改半導體材料，而是聚焦於熱側與冷側的結構改良，通過提高太陽光吸收與熱量管理，實現 15 倍的效率提升，這項突破有助推動太陽能發電多元化發展，增強能源自主性，尤其適合分散式及離網能源應用，對於未來可再生能源架構具重要意義。

郭春雷分享，研究團隊使用三大創新策略，首先是「黑金屬技術」，團隊在熱側使用一種改良後的「黑金屬」材料，經過飛秒雷射光譜工程在金屬表面雕刻出奈米結構，這些微結構能選擇性吸收太陽光特定波長，並顯著提升吸光率，同時降低非目標的熱損失。

再來是「小型溫室結構」，研究團隊利用一塊塑膠覆蓋黑色金屬，形成微型溫室，減少對流與傳導熱損失，提升熱側溫度，促進熱轉換效率提升；最後是冷側鋁散熱器奈米結構，冷側使用飛秒雷射光譜刻蝕鋁材，形成一個具有微小結構的散熱器，強化兩端溫差，使冷卻性能提高一倍

高春雷表示，太陽熱電發電機（STEG）技術能更有效地為 LED 供電，還能為物聯網的無線感測器供電，甚至是為穿戴式裝置供電，或者作為農村地區的離網再生能源系統，有助於推動太陽能發電多元化發展，增強能源自主性，特別適合分散式及離網能源應用。