数年前、光学専門家が光沢のある金属を真っ黒にする技術を開発しました。この技術により、太陽光を吸収するのに最適な材料が生まれ、この材料を使った発電機は、同等の装置に比べて15倍もの電力を生成しました。
研究チームはブラックメタルを用いて、太陽熱電発電機（STEG）の新しい設計を開発しました。STEGは、様々な種類の熱エネルギーを電気に変換できます。しかし、技術的な制約によりその潜在能力は大きく制限されており、太陽光のわずか1%しか電気に変換できません。これは、住宅用ソーラーパネルシステムの約20%と比較すると平凡な数値です。8月12日にLight: Science & Applications誌に掲載されたこの新しい設計は、デバイスの各層（一部はブラックメタルで作られています）を非常に精密に制御することで、この課題を克服しました。
STEGは通常、半導体材料に挟まれた「ホット」面と「コールド」面を持ち、その両側の温度差がゼーベック効果と呼ばれる現象によって発電します。ロチェスター大学の材料科学者で本研究の主任著者であるチュンレイ・グオ氏が声明で説明したように、数十年にわたり、半導体材料を改良して熱差をより適切に制御することに焦点が当てられてきました。このアプローチは限られた成果しか得られなかったため、ブラックメタル技術の創始者であるグオ氏は、ホット面とコールド面という別の要素を探求しました。
郭氏の設計は、レーザーを多用した3つの製造戦略に大きく依存していた。まず、彼のチームはタングステンをフェムト秒レーザーパルス（1000兆分の1秒という超短パルスで金属を照射する）で処理し、ブラックメタルへと変化させた。具体的には、太陽光を吸収するように最適化されながら、不要な熱損失を最小限に抑えるように材料を設計した。
次に、処理したタングステンをプラスチック片で覆い、「ミニ温室」を作り、高温側の熱を閉じ込める能力を最大化したと郭氏は述べた。最後に、バランスを取るために、チームは再びフェムト秒レーザーを用いてアルミニウム製の特殊なヒートシンクを製造した。研究者らは、これらのナノ構造によって低温側の冷却性能が2倍になったと説明した。
研究チームは設計を検証するため、LEDを点灯させるという簡単な実験を行い、この熱管理設計を検証しました。予想通り、この設定により、STEGはかなり低い照度レベルでもLEDを最大輝度で駆動することができたと研究者らは論文に記しています。また、このデバイスはコンパクトで比較的軽量であるため、「気象監視や農業用途の自律センサー、スマートデバイスなどのマイクロエレクトロニクスデバイスに電力を供給できる可能性がある」と論文は述べています。
メタル音楽と太陽光発電のファンにとって、この研究結果は驚くべきものではないだろう。クリーンエネルギーに関しては、ブラックメタルはまさに真剣勝負だ。
