Новости энергетики

31 января 2018

Новосибирские физики конструируют солнечные батареи для лунной базы

КПД, по оценкам, составляет пятьдесят процентов, и есть резерв для его увеличения.

В каком-то смысле это возращение к хорошо забытому старому, ведь до начала эры полупроводников вся электроника работала на вакуумных радиолампах.

В высококачественной аппаратуре для звукозаписи до сих пор используют радиолампы, и звук получается чище, – отмечает научный сотрудник ИФП СО РАН Олег Терещенко. – А что касается вакуумного фотодиода, то электроды в нем не соприкасаются, и это позволяет конструировать анод независимо от катода, не ориентируясь на то, как они будут сочетаться между собой. Кроме того, в твердом теле значительная часть энергии выбитых светом электронов тратится на нагревание. У нас же тепловых потерь практически нет.

Сначала сибиряки оптимизировали катод – использовали арсенид галлия, покрытый слоем оксида цезия толщиной в один атом. У такого электрода очень низкая работа выхода – около одного электрон-вольта (для сравнения: у большинства материалов – четыре-шесть электрон-вольт), то есть электрон можно выбить, затратив минимум энергии. А это означает, что будет работать весь спектр солнечного света.

Мы освещали катод в диапазоне длин волн 350-900 нанометров (на него приходится максимум солнечной энергии излучения) и получали в цепи электрический ток без приложения разности потенциалов, – отмечает доктор физико-математических наук Олег Терещенко.

По оценкам ученых, коэффициент полезного действия вакуумного фотодиода – пятьдесят процентов и выше.

Сейчас мы приступаем к работам с анодом и планируем использовать пленку из алмаза, что дополнительно улучшит характеристики преобразования солнечной энергии в электричество, – продолжает Олег Терещенко. – Кроме того, анод будет прозрачным, что позволит улавливать свет, приходящий с разных сторон.

Но, как всегда, в бочке меда есть ложка дегтя – использовать вакуумные солнечные батареи в земных условиях слишком накладно. Иное дело – космос, где глубокий вакуум бесплатен. Сибирские разработки могут найти применение на космических аппаратах или, например, на лунной базе. Кстати, и изготавливать их также можно вне Земли. В ИФП СО РАН не первый год работают над проектом по производству полупроводников на Международной космической станции.

На орбите идеальные условия для производства полупроводниковых устройств, – подчеркивает замдиректора Института физики полупроводников Олег Пчеляков. – Здесь «работают» огромный вакуумный насос и естественное охлаждение. Крайне важно, что такая вакуумная «космическая лаборатория» не имеет стен, ведь именно они являются основным источником вредных примесей в чистом производстве.