СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2014

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 25 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2014 В последние годы в ФТИ проводятся исследования и разработки фотоэлек- трических модулей (ФЭМ) с короткофо- кусными линейными линзами Френе- ля, вторичными оптическими элемен- тами и трёхпереходными (каскадными) СЭ. В процессе создания космических ФЭМ были разработаны новые матери- алы, конструкции и технологии изго- товления короткофокусных линзовых концентраторов, устойчивых к воздей- ствию факторов космической среды. Так, были разработаны композитные френелевские линзы «силикон–стек- ло». В качестве основы линз исполь- зуется стекло, а в качестве френелев- ской структуры используется очень тонкий (в среднем ∼ 0,2 мм) профиль, изготовленный из прозрачного сили- кона. Силикон известен как высокопро- зрачный полимерный материал, устой- чивый к воздействиюУФ-радиации. Он также характеризуется хорошей эла- стичностью и хорошими термически- ми свойствами. Будучи полимеризо- ван прямо на стеклянной поверхности (при использовании специальных про- межуточных адгезивных слоёв), сили- кон остаётся в прочном контакте со сте- клянной подложкой при изменении температуры и других воздействиях. Разработаны также концентратор- ные СЭ (см. рис. 8) с КПД ∼ 30% (АМ0, 100 солнц). Достигнуто улучшение радиационной стойкости СЭ [10, 11] благодаря использованию встроенных брэгговских отражателей, увеличиваю- щих «захват» солнечных лучей в фото- активных областях гетероструктур, что позволяет уменьшить их толщину и, как следствие этого, уменьшить количество радиационных повреждений СЭ. Дополнительная радиационная за- щита СЭ в концентраторных модулях обеспечивается элементами вторичной оптики, помещаемыми на поверхности СЭ с целью улучшения разориентаци- онных характеристик СБК. При этом такая защита практически не увеличи- вает вес СБ, т.к. площадь СЭ и площадь покрытий на них значительно меньше апертуры СБК пропорционально крат- ности концентрирования. Приведённые выше результаты сви- детельствуют о безусловной перспек- тивности СБК по следующимфакторам: ● в СБК повышается устойчивость полупроводниковых ФЭП к действию космической радиации за счёт экра- нирующего действия концентрато- ров и других элементов конструк- ции, а также в результате процессов нечной фотоэнергетики. «Физика и техни- ка полупроводников». Т. 38. Вып. 8. 2004. С. 937–948. 5. Alferov Zh.I., Andreev V.M., Rumyantsev V.D. III-V heterostructures in photovoltaics in: «Concentrator Photovoltaics». Eds.: A.Luque, V.Andreev, Springer Series in Optical Sciences. V. 130. 2007. P. 25–50. 6. Alferov Zh.I., Andreev V.M., Rumyantsev V.D. III-V solar cells and concentrator arrays in «High-Efficient Low-Cost Photovoltaics». Eds.: V. Petrova-Koch, R. Hezel, A. Goetzberger, Springer Series in Optical Sciences. V. 140. 2008. P. 101–141. 7. Andreev V.M., Khvostikov V.P., Kalinovsky V.S., Grikhes V.A., Rumyantsev V.D., Shvarts M.Z., Fokanov V., Pavlov A. High current density GaAs and GaSb photovoltaic cells for laser power beaming. Proceedings of WCPEC-3, Osaka. Japan. 2003. P. 3P-B5-33. 8. Andreev V.M. GaAs and high-efficiency space cells in «Practical Handbook of Photovoltaics Fundamentals & Applications». Eds. T. Markvart and L. Castaner, Elsevier Science. UK. 2003. P. 418–433. 9. Андреев В.М., Грилихес В.А., Железняков А.Г., Румянцев В.Д., Соколов Б.А. Перспекти- вы создания и применения космических фотоэлектрических энергоустановок с концентраторами излучения и много- переходными гетероструктурными фото- преобразователями. Известия Академии наук. Энергетика. № 3, 2003. С. 60–69. 10. Andreev V.M., Komin V.V., Kochnev I.V., Lantratov V.M., Shvarts M.Z. High-efficiency AlGaAs-GaAs Solar Cells with Internal Bragg Refflector. Proceedings of the First WCPEC. Hawaii. 5–9 December 1994. P. 1894–1897. 11. Andreev V.M., Emelyanov V.M., Chesta O.I., Lantratov V.M., Shvarts M.Z., Timoshina N.Kh . Radiation degradation of multijunction III–V solar cells and prediction of their lifetime. Proceedings of the 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. 24–28 September 2012. Frankfurt. Germany. P. 169–174. 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 Напряжение холостого хода, U хх ,В КПД, η , % 0,01 0,1 1 1 10 100 24 26 28 30 32 34 36 Фототок ( i ф ), А/см 2 Кратность концентрирования, Х U хх η Рис. 8. Зависимости напряжения холостого хода ( U хх ) и КПД каскадного СЭ от величины фототока ( i ф ) и кратности концентрирования солнечного излучения АМ0 фотоинжекционного и термическо- го отжига радиационных дефектов; ● технологии производства СБК и их элементов имеют широкие перспек- тивы конверсионного использования при создании высокоэффективных и экономичных наземныхфотоэлек- трических систем, что будет, безуслов- но, выгоднофирмам-производителям; при этом в наземных СБК оптималь- ные степени концентрирования сол- нечного излучения находятся в диа- пазоне 500…1000 крат, в результате чего одна технологическая установ- ка сможет обеспечить создание на Земле СБК площадью100 тыс. м 2 /год. Конструктивные схемы СБК долж- ны быть, по возможности, приближе- ны к традиционным схемам и параме- трам плоских космических СБ, чтобы их можно было применять в составе существующих и разрабатываемых ракетно-космических систем. Для это- го необходимо обеспечить: ● малый транспортировочный объём, который определяется строительной высотой (толщиной) СБК и зависит от фокусного расстояния концен- тратора; ● возможность точного слежения СБК за Солнцем как по двум, так и по одной оси, поскольку многие КА име- ют одноосную систему слежения; ● малую удельнуюмассу (кг/м 2 ), не пре- вышающую этот показатель для пло- ских СБ; ● простую и надёжную систему рас- крытия СБК в космосе и т.д. Как показала практика отечествен- ных и зарубежных исследований и разработок, этим требованиям в наи- большей степени соответствуют СБК с круговыми и линейными линзами Френеля. Именно в этом направлении ведутся работы в данной области. Л ИТЕРАТУРА 1. Алфёров Ж.И., Андреев В.М., Каган М.Б., Про- тасов И.И., Трофим В.Г. Солнечные пре- образователи на основе гетероперехо- дов p-Al x Ga 1- x As – n-GaAs. ФТП. Т. 4. № 12. 1970. С. 2378. 2. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д. Фотоэлектрическое преобразование кон- центрированного солнечного излучения (монография). Изд-во «Наука». 1989. 3. Andreev V.M., Grilikhes V.A., Rumyantsev V.D. Photovoltaic Conversion of Concentrated Sunlight (monograph). J.Wiley & Sons Ltd. 1997. 4. Алфёров Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития сол-