太阳能里有50%到55%是紫外光,40%到45%是可见光,还有3%到5%是红外光。虽然每天都有89000太瓦这么庞大的能量照在地球表面,但以前的技术很难把它们全用上。像传统的光伏组件,主要盯着可见光和一点近红外,好多紫外和红外都被浪费了;聚光系统虽然想把波段扩宽点,却被材料吸收能力差、设备太笨重给拦住了。 这时候,韩国首尔高丽大学(KU)和韩国科学技术研究院(KIST)的研究团队搞出了个新东西——金“超球”,这种等离子体胶体材料能把太阳能里的九成光都抓过来,这就给热利用开辟了一条新路。他们把金纳米颗粒在溶液里混在一起,让它们自发地聚集成微米级的小球,再涂在热电发电器的陶瓷表面,形成一层像网一样的致密涂层。这样一来,紫外、可见还有近红外的光吸收率都能接近90%,发电功率也比传统涂层高了2.4倍。 以前为了提高光吸收和减少热损耗,大家常常用介电材料做涂层。但这些老办法要么红外吸收不行,要么受角度影响大,要么太贵做不好。这次提出的“超球”结构原理不同,是利用纳米颗粒表面的局域表面等离子共振(LSPR)和整个球的Mie型共振合在一起的多尺度效应,把光牢牢锁住变成热能。 李在元(Jaewon Lee)、李承佑(Seungwoo Lee)还有卢京勋(Kyung Hun Rho)三位学者把研究成果投到了《ACS Applied Materials & Interfaces》上。李承佑说,这种简单的结构其实能高效收集完整的太阳光谱,大大降低了高效率系统的技术门槛。报道里的实验数据显示,“超球”涂层让热电发电装置的输出功率直接翻了两番多。 这项技术不光是为了发电用,它还能跟光伏电池联手搞成混合系统:可见光部分发电,剩下的波段就靠“超球”来吸收。而且制备工艺也不复杂,直接用溶液涂就行,兼容现有的商业化装置,改造起来很容易。在全球都在加速换新能源的时候,这种能直接装到老设备上又便宜又好用的创新材料,正受到越来越多人的关注。