Boost de metal negro: el investigador de Rochester Chunlei Guo prueba un generador termoeléctrico solar (Steg) grabado con pulsos láser de femtosegundos para aumentar la absorción y la eficiencia de la energía solar. El innovador diseño de tecnología de black metal de su laboratorio ayuda a crear un dispositivo Steg 15 veces más eficiente que los dispositivos anteriores, allanando el camino para nuevas tecnologías de energía renovable. Crédito: Universidad de Rochester / J. Adam Fenster
En la búsqueda de la independencia de la energía, los investigadores han estudiado generadores termoeléctricos solares (STEG) como una fuente prometedora de generación de electricidad solar. A diferencia de los fotovoltaicos utilizados actualmente en la mayoría de los paneles solares, los steps pueden aprovechar todo tipo de energía térmica además de la luz solar. Los dispositivos simples tienen lados calientes y fríos con materiales semiconductores en el medio, y la diferencia de temperatura entre los lados genera electricidad a través de un fenómeno físico conocido como el efecto Seebeck.
Pero los steps actuales tienen grandes limitaciones de eficiencia que les impiden ser más ampliamente adoptadas como una forma práctica de producción de energía. En este momento, la mayoría de los generadores termoeléctricos solares convierten menos del 1% de la luz solar en electricidad, en comparación con aproximadamente el 20% para los sistemas de paneles solares residenciales.
Esa brecha en la eficiencia se ha reducido drásticamente a través de nuevas técnicas desarrolladas por investigadores del Instituto de óptica de la Universidad de Rochester.
En un estudio Publicado en Light: Science and Applications, el equipo describió sus métodos únicos de ingeniería espectral y gestión térmica para crear un dispositivo Steg que genera 15 veces más potencia que los dispositivos anteriores.
Precisión de pulso: Chunlei Guo usa un láser para generar pulsos láser ultrarrápidos que graban nanoestructuras en superficies metálicas, creando stegs altamente eficientes. Crédito: Universidad de Rochester / J. Adam Fenster
“Durante décadas, la comunidad de investigación se ha centrado en mejorar los materiales de semiconductores utilizados en Stegs y ha logrado ganancias modestas en la eficiencia general”, dice Chunlei Guo, profesor de óptica y física y científico principal en el Laboratorio de Enérgicos de Láser.
“En este estudio, ni siquiera tocamos los materiales semiconductores; en lugar de centrarnos, nos centramos en los lados calientes y fríos del dispositivo. Al combinar una mejor absorción de energía solar y captura de calor en el lado caliente con una mejor disipación de calor en el lado frío, hicimos una mejora sorprendente en la eficiencia”.
Los nuevos ste de alta eficiencia fueron diseñados con tres estrategias. Primero, en el lado caliente del Steg, los investigadores utilizaron una tecnología especial de black metal desarrollada en el laboratorio de Guo para transformar el tungsteno regular para absorber selectivamente la luz en las longitudes de onda solar. Utilizando potentes pulsos láser de femtosegundo para grabar superficies metálicas con estructuras a nanoescala, mejoraron la absorción de energía del material de la luz solar, al tiempo que reducen la disipación de calor en otras longitudes de onda.
Energía grabada: un primer plano de nanoestructuras con láser en la superficie de un generador termoeléctrico solar. Crédito: Universidad de Rochester / J. Adam Fenster
En segundo lugar, los investigadores “cubrieron el black metal con un trozo de plástico para hacer un mini invernadero, al igual que en una granja”, dice Guo. “Puede minimizar la convección y la conducción para atrapar más calor, aumentando la temperatura en el lado caliente”.
Por último, en el lado frío del Steg, una vez más usaron pulsos láser de femtosegundos, pero esta vez en aluminio normal, para crear un disipador de calor con pequeñas estructuras que mejoraron la disipación de calor a través de la radiación y la convección. Ese proceso duplica el rendimiento de enfriamiento de un disipador de calor de aluminio típico.
En el estudio, Guo y su equipo de investigación proporcionaron una simple demostración de cómo sus steps se pueden usar para alimentar los LED de manera mucho más efectiva que los métodos actuales. Guo dice que la tecnología también podría usarse para alimentar sensores inalámbricos para Internet de las cosas, combustir dispositivos portátiles o servir como sistemas de energía renovable fuera de la red en las zonas rurales.
Más información: TiAnshu Xu et al, aumento de 15 veces en el rendimiento del generador termoeléctrico solar a través de la ingeniería espectral y la gestión térmica de femtosegundos, la luz: ciencia y aplicaciones (2025). Dos: 10.1038/s41377-025-01916-9
Proporcionado por la Universidad de Rochester
Cita: Black Metal podría dar un gran impulso a la generación de energía solar (2025, 12 de agosto) recuperado el 12 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08–flack-metal-heavy-boost-solar.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.
