Ученые Самарского государственного аэрокосмического университета имени Королева разработали новые солнечные батареи для спутников на основе полупроводников — кремния и карбида кремния.

Специалисты разработали основы технологии новых кремниевых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) для солнечных батарей, коэффициент полезного действия которых может достигать 30% и выше. По словам авторов, они будут не менее эффективны, чем их современные наногетероструктурные аналоги на подложке германия. Подробности исследования приводит пресс-служба СГАУ.

Помимо прочих сфер применения солнечные батареи незаменимы на космических аппаратах. Изначально основой космических фотопреобразователей был кремний, но сейчас при производстве большинства солнечных батарей для спутников используются многослойные наноструктуры на подложке из германия. Германий — редкоземельный элемент, и его запасы постепенно истощаются. Кроме того, при производстве ФЭП приходится использовать токсичные соединения мышьяка и фосфора.

Чтобы избежать всех этих сложностей, самарские ученые решили усовершенствовать технологию создания кремниевых батарей. Основу кремниевого ФЭП составляет многослойная структура, содержащая слои с нанокристаллами кремния и карбида кремния, а также специальные покрытия с ионами редкоземельных элементов. Каждый слой «работает» на свою часть солнечного спектра, увеличивая в этой части долю поглощенной энергии. Технология изготовления такой структуры базируется на хорошо отлаженной технологии производства кремниевых приборов, использующиеся материалы малотоксичны, а источники сырья для их производства широкодоступны. Также кремниевые ФЭП более легкие, что очень важно для применения в космосе, где каждый килограмм буквально на «вес золота».

Весной 2016 года опытные образцы фотоэлектрических преобразователей отправятся на испытания на борту космического аппарата «Аист-2Д», который в рамках первой пусковой кампании стартует с нового российского космодрома Восточный. На борту спутника установлены 13 пластин размером 2х3 см различного типа с пористым слоем и один контрольный образец без пористого слоя с нанокристаллами кремния.

Данные с каждой пластины, которые будут поступать в ракетно-космический центр «Прогресс», позволят ученым выбрать наиболее устойчивый к космической радиации тип образца.

С помощью установленных на «Аисте-2Д» научных приборов ученые планируют изучить воздействие факторов космического пространства на различные электронные компоненты. Среди них также — радиолокатор, который позволит исследователям «заглянуть» под поверхность Земли до нескольких десятков метров.