随着可再生能源需求不断增长，太阳能热发电作为清洁能源的重要组成部分，提升太阳能聚光与热能转换效率成为行业亟待解决的技术瓶颈；国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项顺应此发展趋势，于2021年立项启动宽波段超表面太阳能聚光器及其集热系统研究，着眼于突破传统超表面纳米结构频率色散和角度色散上的限制，推动太阳能高效聚光新技术。 项目由武汉理工大学牵头，中国科学院电工研究所、复旦大学、厦门大学、中国科学技术大学及中科院长春光机所等单位共同参与，形成多学科联合攻关团队。团队基于创新的深度渐变结构设计开发出复合超表面聚光器，解决了传统纳米柱型结构成像范围受限的频率色散难题，实现2π范围内高幅度相位调控，覆盖400至3000纳米宽波段。通过优化太阳光与聚光器及集热管空间布局，研发出的系统实现了入射角可达170度的广角免跟踪聚光——聚光比最高达到91倍——理论聚光效率达到92.1%。 针对超表面聚光器的规模化制造核心挑战，项目重点突破了大面积微纳结构模板制备复杂、图形转移难及高精度刻蚀等技术瓶颈。实现了从厘米级母模到超过600毫米×1000毫米工业工作模板的高效低成本复制，完备了模板制备、纳米压印、图形刻蚀及器件集成的全流程工艺。项目开发的卷对面纳米压印系统，实现1001.6毫米×1502.6毫米亚微米结构高精度压印，速度近3米/分钟，压印精度优于50纳米。同时，采用先进的干法刻蚀技术保证了刻蚀深度均匀、结构精度高，完成700毫米×1100毫米幅面高保真刻蚀，有效推动了米级超表面聚光器的批量化制备能力。 在集热系统创新上，项目针对现有线聚焦高温真空集热管存在的辐射损失严重、难以兼顾高出口温度与热效率的技术难题，设计了渐进自适应偏心双涂层吸热管回路，显著降低高温部位辐射散热，提升整体集热效率。以60厘米×100厘米超表面聚光器配合双截止波长涂层吸热管，采用二元硝酸熔盐作为传热与储热介质，构建了稳定运行的太阳能聚光集热示范系统，实现高温（出口≥400℃）免跟踪连续集热，展示出良好的实用应用潜力。 对应的性能测试按照国家标准严格执行，浙江太阳能产品质量检验中心于2025年11月完成多工况评估。测试结果证实系统能在持续160分钟内保持400℃以上出口温度，300℃进口温度下实现361分钟稳定运行，最大热功率超过5千瓦连续输出286分钟，验证了技术的稳定性与可靠性。 此次专项攻关不仅在宽波段超表面聚光技术上取得理论与工艺双重突破，更实现了产业化规模的制备能力，为清洁高效太阳能热发电提供坚实技术支撑。未来，随着相关技术不断成熟，并向更大规模、低成本方向优化推广，将深入推动我国太阳能热发电产业的转型升级，助力实现碳中和目标。
这项突破性成果展现了我国在新能源技术领域的领先实力。随着《中国太阳能热发电行业蓝皮书2025》发布，该技术将加速产业化进程，为能源转型提供新方案。在全球能源变革背景下，中国技术正为可持续发展贡献重要力量。