超臨界CO2布雷頓循環發電系統是一種先進的熱功轉換技術，當熱源溫度高於500℃時循環熱效率高於蒸汽朗肯循環和氦氣布雷頓循環。利用400-650℃的熱源，循環效率高達40%-50%；當熱源溫度為700℃左右時，其循環熱效率可超過50%。
二氧化碳具有較易達到的臨界參數、化學性質不活潑，且具有壓縮性好、安全無毒、儲量豐富、對設備腐蝕率低等優點。以超臨界二氧化碳 (sCO2) 作為循環工質的布雷頓循環系統，與常規的蒸汽發電相比，具有體積小、重量輕、熱損小、循環熱效率高的優勢，成為下一代集中式太陽能高溫發電 (CSP) 的主流動力循環系統，也是國內外研究的熱點。
直接吸收式sCO2循環以CO2為冷卻劑吸收熱源能量；而間接CO2循環則通過中間換熱器吸收熱源能量。直接式發電效率高，但太陽能吸熱器溫度高，熱應力大，吸熱器安全問題嚴重；間接式通過中間換熱器吸收熱源熱量，熱損較多，效率較低。
考慮到CSP技術的特性，尤其是儲熱系統，並結合設計點優化，設計外分析，動態建模，瞬態案例和經濟概況分析，針對CSP應用的最佳sCO2動力循環系統應適應以下特性：
高循環效率，以最小化所需的太陽鏡場和儲熱系統尺寸。低功率周期的資本成本和平準化成本可提高太陽能發電競爭力，有利於其大規模商業化運行。乾式冷卻系統的開發，以適應水資源稀缺的太陽能光照優勢區域。儲熱系統之間的溫差大，以確保良好的配合。 良好的縮放比例，尺寸範圍從約10 MW到約150 MW。能夠承受輸入偏差。日常啟動和關閉的操作靈活性要求快速準確的控制策略，以及在緊急情況下的可控性。關鍵部件和集成系統的性能測試已在全球範圍內執行。主要測試設施來自桑迪亞國家實驗室（SNL），海軍核實驗室集成系統測試（NNL），EPS100系統，應用能源研究所（IAE） 和韓國科學技術高等研究院（KAIST）。實驗測試證實了在有限的千瓦容量實驗室規模下，sCO2動力循環系統與CSP耦合的可操作性和可控性。但是，由於功率容量小，集成系統測試效率較低。因此，需要一個兆瓦級的sCO2功率循環集成系統，以進一步證明其在商業應用中的可行性。在關鍵部件的性能研究方面，Zhang等人對太陽能集熱器進行了研究，在各種天氣條件下使用超臨界二氧化碳對集熱器進行了測試，並確定了系統的最佳布置。此外，國家可再生能源實驗室計劃設計一個10MW的sCO2動力渦輪機，該渦輪機可在高達700°C的溫度下和乾冷測試迴路中運行，目的是證明在與商業CSP項目相關的規模條件下使用動力渦輪機和相關的渦輪機械sCO2的固有效率。 但是，由於所需經費太多，該項目被迫終止。中國科學院工程熱物理研究所建成了sCO2換熱器綜合試驗測試平臺，可進行sCO2印刷電路板換熱器性能測試，最高設計壓力32 MPa、溫度823K。自主研製的高效緊湊式回熱器效率高達98%，壓降不超過50 kPa。美國桑迪亞國家實驗室下轄的美國國家太陽能熱利用測試中心在2020年夏天實現多項突破性進展，其中包括首次對粒子接收器和超臨界二氧化碳系統之間的熱交換器進行測試，以及首次將粒子接收器連接到超臨界二氧化碳系統的迴路中進行研究。
研究超臨界二氧化碳本身的換熱特性，開發微通道等新型換熱器，提高系統的循環熱效率等；對熱源和sCO2循環的耦合關注不夠。sCO2循環效率高並不代表整個系統效率高。對不同熱源驅動的sCO2循環，期待建立能考慮實際氣體效應的數學模型和開展相應的實驗研究，以期促進新一代太陽能熱利用技術的發展。