Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm sự độc lập hơn về năng lượng đã khám phá máy phát nhiệt điện mặt trời (STEG) như một giải pháp tiềm năng để sản xuất điện mặt trời. Không giống như các tế bào quang điện trong hầu hết tấm pin mặt trời, STEG có thể thu nhiều dạng năng lượng nhiệt khác nhau, cũng như ánh sáng mặt trời trực tiếp.

Máy phát điện nhiệt điện có thể chuyển đổi nhiệt thành điện thông qua “hiệu ứng Seebeck”, xảy ra khi chênh lệch nhiệt độ giữa hai chất bán dẫn khác nhau, tạo ra chênh lệch điện áp. Các thiết bị này thường sử dụng trong công nghiệp, để chuyển đổi nhiệt dư thừa thành điện. Tuy nhiên, chi phí cao và hiệu suất thấp đã hạn chế việc áp dụng chúng trên quy mô rộng hơn.

Hiện nay, hầu hết STEG chỉ chuyển đổi chưa đến 1% ánh sáng mặt trời thành điện năng, thấp hơn nhiều so với khoảng 20% của các tấm pin mặt trời dân dụng, các nhà nghiên cứu cho biết. Họ cũng cho hay, để mở rộng quy mô thương mại, cần có bộ hấp thụ năng lượng mặt trời chọn lọc và bộ tản nhiệt nhẹ cho mặt nóng và mặt lạnh của STEG.

Khoảng cách hiệu suất đó được thu hẹp đáng kể nhờ kỹ thuật mới do các nhà nghiên cứu tại Viện quang học của Đại học Rochester, Hoa Kỳ phát triển. Điểm mới trong phương pháp của nhóm nghiên cứu là tập trung vào kiểm soát mặt nóng và mặt lạnh của thiết bị, thay vì tập trung vào vật liệu bán dẫn như trong nghiên cứu trước đây.

Họ thiết kế STEG mới, với công nghệ kim loại đen đặc biệt do họ tự phát triển, có khả năng biến kim loại sáng bóng thành đen tuyền. Thiết bị này sử dụng các xung laser femtosecond để biến vonfram thành kim loại hấp thụ chọn lọc bước sóng ánh sáng mặt trời, đồng thời hạn chế mất nhiệt ở các bước sóng khác. Theo báo cáo, công nghệ này có thể tăng sản lượng điện nhiệt lên 130% so với vonfram chưa qua xử lý.

Nhóm phủ một miếng nhựa lên kim loại đen để tạo thành nhà kính mini, giống như trong một trang trại, tác giả chính của nghiên cứu, Chunlei Guo, cho biết. Bằng cách này, có thể giảm thiểu sự đối lưu và dẫn nhiệt để giữ lại nhiều nhiệt hơn, tăng nhiệt độ ở mặt nóng. Ở mặt lạnh, các nhà khoa học cũng dùng xung laser femtosecond trên nhôm để tạo ra bộ tản nhiệt có cấu trúc siêu nhỏ, giúp cải thiện khả năng tản nhiệt thông qua cả bức xạ và đối lưu.

Với việc giảm thiểu tổn thất nhiệt bức xạ và đối lưu ở bên nóng, đồng thời tăng khả năng làm mát bức xạ và đối lưu ở bên lạnh, nhiều năng lượng mặt trời hơn được dẫn qua STEG. Điều này dẫn đến nhiệt độ cao hơn trên STEG, do đó công suất đầu ra tăng hơn 15 lần trong khi vẫn duy trì tính nhỏ gọn của thiết bị với trọng lượng chỉ tăng 25%.

Hệ thống này được giới thiệu trong nghiên cứu “Tăng hiệu suất máy phát nhiệt điện mặt trời gấp 15 lần thông qua kỹ thuật quang phổ laser femtosecond và quản lý nhiệt”, đăng trên tạp chí Light: Science and Applications tháng 8/2025.

Các nhà khoa học cho hay, STEG có thể sử dụng để cấp nguồn cho các ứng dụng tiềm năng như cung cấp năng lượng cho các mạng cảm biến không dây, thiết bị điện tử đeo được hoặc hoạt động như hệ thống năng lượng tái tạo ngoài lưới điện ở các vùng nông thôn.