国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项“宽波段超表面太阳能聚光器及其集热系统”项目于2021年4月正式启动，牵头单位为武汉理工大学，参加单位包括：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、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所。其中，武汉理工大学官建国教授为项目首席兼课题二负责人，复旦大学孙树林研究员为课题一负责人，中国科学院电工研究所白凤武研究员为课题三负责人。
项目针对传统亚波长人工微结构（如纳米柱）超表面存在频率色散和角度色散等挑战，基于深度渐变结构单元，设计了复合超表面聚光器，实现了成百上千倍2π范围的大幅度相位调控，解决了频率色散难题；同时，通过规范太阳光与超表面聚光器及其集热管的空间布局，设计了该复合超表面聚光器聚光集热系统，解决了广角聚光的难题。该聚光系统对太阳光可实现免跟踪的广角聚光，工作波长覆盖400-3000nm，入射角度范围170°，聚光比达到91，正入射的平行太阳光的理论聚光效率高达92.1%。
项目围绕平面超表面太阳能聚光器规模化制备的核心需求，针对高精度、大幅面微纳结构制备中存在的模具制备复杂、图形转移困难两大关键难题，系统开展了从模板制备、压印工艺到图形刻蚀及器件集成的全链条技术攻关，成功打通了米级超表面聚光器从设计到制备的全工艺路径。实现了从厘米级母模到≥600mm×1000mm大尺寸工作模板的高效、低成本复制。成功设计并优化了集匀胶、压印、固化、脱模于一体的卷对面纳米压印系统，建立了米级幅面超表面结构的规模化制备技术，实现了1001.6mm×1502.6mm的超大幅面压印，速度达2.998m/min，压印精度优于50nm。发展了超大幅面高保真图形刻蚀制备技术，成功实现了700mm×1100mm超大幅面干法刻蚀，刻蚀精度优于50nm，亚微米结构刻蚀深度均匀性优于5%。构建了从“模板制备－图形压印－结构刻蚀－器件集成”的完整工艺链与技术平台，形成了米级超表面聚光器批量化制备能力。所制备的大尺寸平面超表面聚光器幅面≥600mm×1000mm、聚光频段覆盖400nm-3000nm、入射角范围达170°、聚光比≥70。
根据线聚焦集热系统在高温工况下真空集热管吸热器辐射热损失显著、传统吸热器难以同时兼顾高出口温度与高热效率的瓶颈，提出了一种渐进自适应偏心双涂层吸热管回路，显著降低高温段辐射散热并提升全回路集热效率。基于60cm×100cm平面超表面聚光器和双截止波长涂层吸热管，以二元硝酸熔盐（40%硝酸钾60%硝酸钠混合物）为传热流体和储热材料，设计制备了一套太阳能聚光集热示范系统，实现了对太阳能的免跟踪聚光集热。参照相关国家标准制定了性能测试方法，第三方机构浙江省太阳能产品质量检验中心于2025年11月15日至2025年11月16日间开展了实证系统多工况测试，出口温度高于400℃连续输出时间160分钟；进口温度高于300℃，进出口温差大于10℃，连续时间361分钟；热功率大于5kW连续输出时间286分钟。
项目首席科学家官建国教授在2023中国太阳能热发电大会上作《宽波段超表面太阳能聚光器及其集热系统》的报告
特别说明：本文转载自国家太阳能光热产业技术创新战略联盟、中国可再生能源学会太阳能热发电专委会《中国太阳能热发电行业蓝皮书2025》
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