太陽是最豐富的能源，但人類只能利用其中的一小部分。對于太陽能電池，吸收的大量太陽能以輻射熱量的形式損失掉�，F(xiàn)在，研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種制造“完美”太陽能吸收器的方法，該吸收器可以以最佳效率“吸收”太陽的能量。

羅徹斯特大學(xué)光學(xué)學(xué)院的郭春雷教授和他的團隊，開發(fā)了一種新技術(shù)，使用飛秒激光蝕刻金屬結(jié)構(gòu)，該技術(shù)可用于收集陽光以加熱蝕刻的金屬表面，然后可以利用熱能發(fā)電。

羅徹斯特大學(xué)的研究實驗室最近使用激光來創(chuàng)建水中不會下沉的金屬結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在他們使用相同的技術(shù)來創(chuàng)建高效的太陽能發(fā)電機。

光學(xué)教授郭春雷的實驗室在《光：科學(xué)與應(yīng)用》雜志中發(fā)表的一篇文章中描述了使用強大的飛秒激光脈沖蝕刻具有納米級結(jié)構(gòu)的金屬表面，該金屬表面僅選擇性地吸收陽光的波長。

蝕刻工藝示意圖

規(guī)則的金屬表面有光澤并且具有高反射性。幾年前，郭的實驗室開發(fā)了一種黑色金屬技術(shù)，該技術(shù)將閃亮的金屬變黑。郭說：“但是，要制造出完美的太陽能吸收器，我們不僅需要黑色金屬，而且還需要一種選擇性吸收器。”

郭說，該表面不僅增強了從陽光中吸收能量的能力，而且還減少了其他波長的熱損失，實際上是“首次制造出完美的金屬太陽能吸收器。我們還演示了利用熱發(fā)電裝置的太陽能利用。”

他補充說：“這對于任何太陽能吸收器或收集裝置都是有用的，特別是在陽光充足的地方。”

這項工作由比爾和梅琳達·蓋茨基金會，陸軍研究辦公室和國家科學(xué)基金會資助。

研究人員對鋁、銅、鋼和鎢進行了實驗，發(fā)現(xiàn)通常用作熱太陽能吸收劑的鎢在經(jīng)過新的納米級結(jié)構(gòu)處理后具有最高的太陽能吸收效率。與未經(jīng)處理的鎢相比，這將熱發(fā)電效率提高了130％。

熱電效應(yīng)提高130%作者包括Sohail Jalil，Bo Lai，Mohamed Elkabbash，Jihua Zhang，Erik M. Garcell和郭實驗室的Subhash Singh。

該實驗室還使用飛秒激光蝕刻技術(shù)來制造超疏水（拒水）和超親水（吸水）金屬。例如，在2019年11月，郭的實驗室報告說，無論被丟入水中的次數(shù)多少，損壞或刺穿的程度如何，金屬結(jié)構(gòu)都不會沉沒。

這項新論文是在實驗室最初使用飛秒激光蝕刻的黑金屬的基礎(chǔ)上展開的。

在制造出親水和疏水金屬之前，郭和他的助手Anatoliy Vorobyev演示了使用飛秒激光脈沖將幾乎所有金屬塊都變黑的過程。在金屬上產(chǎn)生的表面結(jié)構(gòu)在捕獲入射輻射（例如光）方面非常有效。他們捕獲了很寬波長范圍內(nèi)的光。

隨后，他的團隊使用類似的過程，除了已經(jīng)實現(xiàn)的黑色之外，還將多種金屬的顏色改變了，如如藍色、金色和灰色。這些應(yīng)用可能包括制造濾色鏡和光譜設(shè)備；使用單個激光器生產(chǎn)不同顏色的汽車制造廠；將家庭全彩照片刻在冰箱門上；或造出藍色的純金戒指。

該實驗室還使用了黑色和彩色金屬技術(shù)，在規(guī)則的鎢絲表面上形成了獨特的納米級和微米級結(jié)構(gòu)陣列，從而使燈泡在相同的能耗下可以發(fā)出更明亮的光。

郭說：“我們直接發(fā)射激光束穿透燈泡玻璃，改變了燈絲上的一個位置。當我們點亮燈泡時，我們可以看到這個改變的地方明顯比其余的燈絲更亮。”