Освоение других планет - давняя мечта человечества. Но ее невозможно реализовать, не решив энергетическую проблему. Новосибирские физики предложили способ усовершенствовать солнечные батареи для работы в космосе.

Главный недостаток существующих преобразователей солнечного излучения в электричество - низкий КПД. У традиционных кремниевых батарей он чуть выше десяти процентов. Причина в том, что они настроены на кванты света с определенной энергией, а большая часть спектра теряется впустую. Чтобы решить эту проблему, конструируют многослойные батареи, эффективность преобразования которых составляет уже 35 процентов. Увы, такие устройства обходятся дорого и широкого применения пока не находят.

Ученые Института физики полупроводников (ИФП) им. А. В. Ржанова СО РАН совместно с коллегами с завода "Экран ФЭП" предложили новый тип вакуумного фотодиода, позволяющий эффективно преобразовывать свет в электричество. 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.

Между тем
Ученые из Университета ИТМО (Санкт-Петербург), Института имени Макса Планка (Германия) и Белорусского госуниверситета синтезировали уникальный материал, который может повысить эффективность солнечных батарей. По данным исследователей, при попадании кванта света на пленку из наноструктурированного оксисульфида висмута он выбивает не один (как в обычных панелях из кремния), а два десятка электронов. Исследователи рассчитывают, что новый материал позволит преобразовывать солнечную энергию в электричество с высоким КПД.

Алексей Хадаев

Источники

Сибирские физики сконструируют солнечные батареи для лунной базы
События дня (inforu.news), 21/12/2017
Сибирские физики сконструируют солнечные батареи для лунной базы
Новости@Rambler.ru, 21/12/2017
Сибирские физики сконструируют солнечные батареи для лунной базы
Российская газета (rg.ru), 21/12/2017
Новости Новосибирска
БезФормата.Ru Новосибирск (novosibirsk.bezformata.ru), 22/12/2017
Новосибирские физики будут получать энергию из космоса
ГТРК Новосибирск, 22/12/2017
Физики нашли способ повысить КПД солнечных батарей
Русская планета (rusplt.ru), 22/12/2017
Новосибирские физики конструируют солнечные батареи для лунной базы
Вся экология (ecoportal.su), 22/12/2017
Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН совместно с ЗАО "Экран ФЭП" создали новый тип вакуумного фотодиода
Stfw.ru, 24/12/2017
Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН совместно с ЗАО "Экран ФЭП" создали новый тип вакуумного фотодиода
News2 (news2.ru), 23/12/2017

Похожие новости

  • 10/11/2017

    О «трех китах» квантовых технологий

    ​Квантовый компьютер с необычайным быстродействием, квантовая связь, которую невозможно взломать, "картирование" человеческого мозга... Футурологи и ученые в последние годы щедро длятся прогнозами развития квантовых технологий.
    166
  • 11/07/2016

    Ученые СО РАН приоткрывают тайны разработок

    Как возникают идеи проектов? Кто готовит чертежи и детали, а затем проводит сборку и тестирование? И какие проблемы приходится решать до того, как нажать на кнопку «Пуск». Об этом рассказывают ученые новосибирского Академгородка.
    1094
  • 27/03/2017

    Новосибирские ученые создали материал, обеспечивающий 30 лет непрерывной работы химического реактора

    Ученые из Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН и Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) создали новую технологию сплавления титана и тантала, в результате чего получили особо стойкий к коррозии и агрессивным средам материал.
    813
  • 30/08/2016

    В Новосибирске создали быструю флешку на основе мультиграфена

    Согласно результатам, полученным учеными из Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, флеш-память с использованием мультиграфена по быстродействию и времени хранения информации может превосходить аналоги, основанные на других материалах.
    1057
  • 19/10/2017

    Изобретение ИАиЭ СО РАН включено в Базу данных перспективных изобретений

    Роспатент и Федеральный институт промышленной собственности включили Патент на изобретение РФ № 2599949 «Способ фильтрации потока HTTP-пакетов на основе пост-анализа запросов к Интернет-ресурсу и устройство фильтрации для его реализации» (патентообладатель – Институт автоматики и электрометрии СО РАН) в Базу данных перспективных изобретений 2016 года.
    215
  • 25/07/2016

    Новосибирские учёные разрабатывают лазеры в зелёном диапазоне

    ​Сотрудники Института физики полупроводников СО РАН и лаборатории молекулярной фотоники НГУ занимаются одним из самых актуальных на сегодня направлений в области лазерных технологий — созданием зелёных светодиодов и лазерных диодов (за синие светодиоды в 2014 году ученые из Японии и США получили Нобелевскую премию).
    851
  • 12/09/2017

    Как ученые создают мировой рынок для внедрения своих открытий

    Новосибирский ученый Михаил Предтеченский разработал экономически эффективную технологию, позволяющую сворачивать в нанотрубки графен - углеродный лист толщиной в один атом. Теперь нанотрубки можно производить в неограниченном количестве и добавлять в другие материалы, создавая композиты с небывалыми свойствами.
    271
  • 22/05/2015

    Электрон похудел

    В новосибирском Академгородке получен уникальный материалСАМЫЙ обычный, известный из школьного курса физики электрон преподнес сюрприз: он вдруг потерял массу. Точнее, он движется так, словно ее нет.
    1078
  • 16/01/2018

    Ученые ИАиЭ СО РАН научили квадрокоптеры следовать за подвижной целью

    ​Беспилотные летательные аппараты сегодня находят применение во многих областях, однако исследователи продолжают совершенствовать их работу. Так, сотрудники Института автоматики и электрометрии СО РАН разработали метод, который позволяет дрону сопровождать движущийся объект.
    52
  • 29/06/2017

    Ученые знают, как напечатать будущее

    ​Технологии цифровой печати объектов, как двумерных (2D), так и трехмерных (3D), стремительно развиваются во всем мире. К сожалению, в России за время перестройки была разрушена база, которая позволила бы нашей стране занять достойное место в этой области.
    329