Mỗi thời điểm, khoảng 89.000 terawatt năng lượng mặt trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất. Tuy nhiên, các công nghệ hiện tại vẫn chưa khai thác trọn vẹn phổ bức xạ gồm tia cực tím, ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại. Pin quang điện chủ yếu chuyển đổi ánh sáng khả kiến và một phần hồng ngoại gần thành điện, trong khi nhiều bước sóng khác chưa được tận dụng hiệu quả. Các hệ thống nhiệt mặt trời truyền thống cũng bị giới hạn bởi lớp phủ bề mặt chưa đạt mức hấp thụ gần như tuyệt đối.

Giải pháp mới bắt đầu từ dung dịch keo chứa các hạt nano vàng, có khả năng tự lắp ráp thành các vi cầu kích thước micromet gọi là “supraballs”. Hàng nghìn hạt nano liên kết lại thành cấu trúc cầu, sau đó được phủ lên bề mặt gốm của máy phát điện nhiệt điện, tạo thành lớp màng dày đặc có cấu trúc bề mặt đặc biệt giúp thu giữ ánh sáng hiệu quả. Cơ chế hoạt động dựa trên cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ ở từng hạt nano kết hợp với cộng hưởng kiểu Mie trong toàn bộ vi cầu, giúp giữ lại photon trên dải bước sóng từ tia cực tím đến hồng ngoại gần và chuyển hóa phần lớn thành nhiệt.

Nhờ cơ chế này, lớp phủ supraballs đạt mức hấp thụ xấp xỉ 90% trên toàn phổ mặt trời, tạo ra chênh lệch nhiệt độ lớn hơn và cho công suất đầu ra cao gấp khoảng 2,4 lần so với lớp phủ nano vàng thông thường. So với các màng hấp thụ truyền thống vốn gặp hạn chế về hấp thụ hồng ngoại, độ nhạy góc chiếu và suy giảm nhiệt theo thời gian, công nghệ supraballs cho thấy hiệu quả ổn định và toàn diện hơn.

Công nghệ này được thiết kế chủ yếu cho các hệ thống năng lượng mặt trời dựa trên nhiệt như máy phát điện nhiệt điện (TEG), bộ thu nhiệt mặt trời và các hệ thống quản lý nhiệt thụ động. Ngoài ra, nó cũng có tiềm năng tích hợp trong các hệ thống lai quang điện – nhiệt (PVT), nơi ánh sáng khả kiến được chuyển thành điện bởi pin quang điện, còn phần phổ còn lại được thu dưới dạng nhiệt.

Một điểm đáng chú ý khác là tính thực tiễn của giải pháp. Các supraballs được chế tạo bằng quy trình dung dịch có độ phức tạp thấp và có thể áp dụng trực tiếp lên thiết bị thương mại hiện có, giúp giảm rào cản triển khai thực tế. Sự hợp tác giữa các nhà khoa học tại KU-KIST đã tạo ra một công nghệ lớp phủ đơn giản nhưng hiệu suất cao, hứa hẹn thúc đẩy các hệ thống năng lượng mặt trời nhiệt và quang nhiệt đạt hiệu quả cao hơn trong ứng dụng thực tiễn.