韩国首尔高丽大年夜学－韩国科学技巧研究院（KU-KIST）融合科学技巧研究生院的研究团队近日申报了一项新进展，他们经由过程一种自组装金纳米球构造——等离子体胶体“超球”（plasmonic colloidal supraballs），在热应用类太阳能装配中实现了对几乎全部可用太阳光谱的高效接收。据介绍，这种新型涂层在紫外、可见及近红外波段的光接收率可接近90%，明显晋升了热能捕获效力，并在热电发电装配中将输出功率进步至传统纳米颗粒涂层的约2.4倍。
太阳辐射大年夜致由50%～55%的紫外、40%～45%的可见光以及3%～5%的红外构成。传统光伏组件对可见光最为敏感，对紫外及部分红外应用有限；聚光太阳体系则依附镜面将阳光反射至接收器，虽覆盖波段更广，却须要范围宏大年夜的光学与支撑构造，并依然受限于接收材料的吸见效力。太阳能热应用装配在可见光和红外接收方面表示尚可，但其外面涂层平日难以做到近乎全谱“黑体”式接收，导致体系整体效力受限。
为解决这一瓶颈，研究团队设计了“超球”构造：起首在溶液中制备金纳米颗粒胶体，使其在液相中自发组装成微米级球状集合体，每一个“超球”由数以千计的金纳米颗粒慎密聚积而成。之后，研究人员将这种胶体液滴涂覆在热电发电器件的陶瓷外面，经干燥后形成一层致密且具纹理的涂层，从而明显加强对太阳光的接收才能。报道中给出的示意显示，一个直径约2，100纳米的“超球”，由大年夜量精心设计的金纳米颗粒构成，用以强化光捕获后果。
论文作者包含李在元（Jaewon Lee）、李承佑（Seungwoo Lee）与卢京勋（Kyung Hun Rho），相干成果已揭橥在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上。研究中，李承佑表示，他们提出的等离子体“超球”供给了一条构造简单却能高效收集完全太阳光谱的路径，有望大年夜幅降低高效力太阳热及光热体系在实际能源应用中的技巧门槛。这一不雅点也获得论文引用的美国化学会消息通稿的呼应，后者强调了该技巧在晋升太阳能应用效力方面的潜在影响。
此前已有金纳米颗粒薄膜和介电接收涂层用于晋升特定波段的光接收，并削减热再辐射损掉。然而，这类传兼顾划往往存在红外接收不足、对入射角度敏感、制造成本高以及长时光高温服役下热稳定性欠佳等问题。比拟之下，此次提出的等离子体“超球”在机理上有所不合：纳米颗粒外面产生的局域外面等离子共振（LSPR），叠加超球整体的Mie型共振，使得入射光子在紫外、可见及近红外波段都能被有效“困住”，并转化为热能。这种多标准共振的协同效应，是其实现全谱高接收的关键地点。
在具体机能测试中，涂覆“超球”涂层的热电发电装配表示出约90%的太阳光谱接收率，并由此形成更强的温度梯度，使得输出功率约为传统纳米颗粒涂层的2.4倍。研究团队指出，这一技巧今朝重要面向各类热基太阳体系，包含太阳能热电发电（TEG）、太阳能热采集器、热治理与被动供暖等场景。此外，它还有望与光伏电池结合，构建光伏－光热混淆（PVT）体系：可见光部分由光伏组件转化为电能，残剩波段则经由过程“超球”涂层高效接收为热能。
除了机能上的亮点，这项技巧的另一大年夜优势在于其实用性。研究人员强调，“超球”涂层采取溶液工艺制备，工艺复杂度较低，便于范围化应用。同时，这种涂层可直接兼容现有的贸易化妆置，意味着在不大年夜幅修改设备构造的前提下，有望经由过程简单涂覆或改革就为现有太阳热应用和热电发电体系带来明显机能晋升。在全球加快能源转型的背景下，这类可与既有基本举措措施直接对接、兼具高效力与可制造性的材料立异，正在成为新能源范畴备受存眷的偏向之一。
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