太陽(yáng)能，作為清潔能源的未來(lái)，它的普及速度正在飛快增長(zhǎng)。但傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池板在發(fā)電效率上依然有很大的提升空間，而且它們大多笨重、占地面積大?，F(xiàn)在，一個(gè)來(lái)自美國(guó)密歇根大學(xué)的團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了一個(gè)令人震驚的好消息：他們開(kāi)發(fā)出一種革命性的**“黑色金屬”**材料，能將光能轉(zhuǎn)化為電能的效率提升到前所未有的高度，發(fā)電量比傳統(tǒng)設(shè)備高出15倍！這項(xiàng)突破，有望徹底改變太陽(yáng)能技術(shù)，讓清潔能源的未來(lái)更加光明！

這項(xiàng)顛覆性研究，近日登上了著名的《自然·納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）期刊。它代表著納米材料和太陽(yáng)能領(lǐng)域的一個(gè)重大飛躍，為開(kāi)發(fā)更高效、更輕便的太陽(yáng)能設(shè)備奠定了基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的太陽(yáng)能設(shè)備，無(wú)論是硅基太陽(yáng)能電池板還是太陽(yáng)能熱水器，都面臨一個(gè)核心挑戰(zhàn)：如何最大限度地吸收太陽(yáng)光譜中的所有光，并將其轉(zhuǎn)化為有用的能量。硅電池板主要吸收可見(jiàn)光，但對(duì)紅外光（也就是熱量）的吸收能力較弱。而密歇根大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，這次另辟蹊徑，他們將目光投向了“納米結(jié)構(gòu)”。

他們的“黑色金屬”材料，其實(shí)是一種由銅和鏑（一種稀土元素）納米顆粒組成的特殊薄膜。這種薄膜的表面布滿了精心設(shè)計(jì)的微小“納米結(jié)構(gòu)”，這些結(jié)構(gòu)的作用就像一個(gè)個(gè)微小的“光子陷阱”。當(dāng)太陽(yáng)光照射到這些“納米陷阱”時(shí)，光線會(huì)被多次反射、折射和吸收，從而最大限度地捕獲太陽(yáng)光譜中的所有光，包括可見(jiàn)光和紅外光。這種“全光譜吸收”能力，讓這種材料呈現(xiàn)出一種獨(dú)特的“超黑”外觀，幾乎不反射任何光線。

但光吸收只是第一步，更關(guān)鍵的是如何將這些被捕獲的光能高效地轉(zhuǎn)化為電能。研究人員利用了熱光伏效應(yīng)，也就是將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能，然后再將熱能轉(zhuǎn)化為電能。由于這種“黑色金屬”薄膜的超強(qiáng)吸光能力，它能產(chǎn)生極高的溫度，從而驅(qū)動(dòng)熱光伏轉(zhuǎn)換過(guò)程，產(chǎn)生大量的電能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人震驚：用這種新材料制成的設(shè)備，在相同光照條件下，產(chǎn)生的電能比傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池板高出15倍以上！而且，這種薄膜非常輕便、靈活，可以被制成各種形狀和尺寸，為未來(lái)的太陽(yáng)能設(shè)備設(shè)計(jì)提供了無(wú)限可能。

這項(xiàng)突破性研究的意義是巨大的：

1. 發(fā)電效率的革命性提升：更高的發(fā)電量意味著更少的材料和更小的面積就能產(chǎn)生同等電量，從而大大降低太陽(yáng)能發(fā)電的成本。
2. 輕便、靈活的應(yīng)用場(chǎng)景：這種薄膜可以被集成到各種產(chǎn)品中，比如未來(lái)可能出現(xiàn)太陽(yáng)能充電的手機(jī)外殼、太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的無(wú)人機(jī)、甚至是太陽(yáng)能汽車(chē)的柔性車(chē)身，讓“隨時(shí)隨地發(fā)電”成為可能。
3. 應(yīng)對(duì)氣候變化的新工具：更高效、更便宜的太陽(yáng)能技術(shù)，將加速全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，減少對(duì)化石燃料的依賴，為應(yīng)對(duì)氣候變化做出巨大貢獻(xiàn)。

當(dāng)然，從實(shí)驗(yàn)室的成功到大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，還需要解決一些問(wèn)題，比如如何降低稀土元素鏑的成本，以及如何確保在各種環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。但無(wú)疑，密歇根大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)為我們描繪了一個(gè)充滿希望的未來(lái)——一個(gè)太陽(yáng)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛躍，清潔能源真正成為主流的全新時(shí)代。

參考資料：DOI：10.1038/s41377-025-01916-9