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
Новосибирские физики конструируют солнечные батареи для лунной базы
Greenevolution.ru, 27/01/2018

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.
    589
  • 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.
    1633
  • 28/08/2018

    Сибирские физики создают производственную базу для электроники за 500 млн рублей

    ​Новосибирский институт физики полупроводников (ИФП) Сибирского отделения (СО) РАН создает для предприятия электроники "Экран - оптические системы" производственную площадку стоимостью 500 млн рублей.
    243
  • 16/06/2018

    Новосибирскую установку по производству солнечных батарей готовят к отправке в космос

    ​Сибирь для космоса: новосибирские ученые сегодня завершили выполнение задачи, которую перед ними поставило федеральное агентство «Роскосмос» – создать установку для производства солнечных батарей прямо на борту корабля.
    535
  • 02/02/2018

    Алексей Шулунов: радиофотоника - одно из важнейших направлений электроники

    ​До второго десятилетия нынешнего века в промышленности планеты прошли и ныне проводятся три направления развитии - пара, электрона, атома. "В настоящее время в мире идет переход на четвертый уровень, основывающийся на технологиях фотона, - отметил известный руководитель отечественной оборонной промышленности, руководитель рабочей группы № 19 Научно-технического совета Военно-промышленной комиссии при правительстве РФ, академик МАИ Алексей Шулунов, - эти технологии используют свойства фотонов, частиц, не имеющих массы покоя и заряда, что позволяет преодолеть принципиальные физические ограничения "классической" электроники.
    1640
  • 29/08/2018

    В Новосибирске обсудили перспективы развития технологической кооперации науки и производства

    ​Заседание Совета главных инженеров предприятий Сибирского федерального округа на VI Международном форуме и выставке технологического развития "Технопром-2018" было посвящено перспективам развития технологической кооперации науки и производства.
    312
  • 14/09/2017

    10-я Всероссийская конференция «Физика ультрахолодных атомов»

    ​18-20 декабря 2017 года в новосибирском Академгородке (ИАиЭ СО РАН) состоится 10-я Всероссийская конференция «Физика ультрахолодных атомов». О конференции Всероссийская конференция "Физика ультрахолодных атомов" является ежегодным научным форумом, имеющим целью обсуждение новых теоретических и экспериментальных результатов в области лазерного охлаждения атомов и ионов, оптических стандартов частоты, ультрахолодных Бозе- и Ферми-газов, нелинейной лазерной спектроскопии.
    1789
  • 19/03/2015

    Что вырастим, то вырастим: 3D-индустрия

    ​В стакан с песком мы кольцами, одно поверх другого, наливаем клей, он застывает, затем снова и снова льем клей и подсыпаем песку... Потом отряхиваем лишнее и получаем нечто вроде трубы. Заменим песок специально подготовленным порошком из металла, керамики или композита, струйку клея - лучом лазера или потоком электронов, а собственную руку - системами точного, до микрон, позиционирования и интеллектуального управления.
    1121
  • 29/08/2018

    В Новосибирске собираются построить аэродинамическую трубу для изучения обледенения самолетов

    ​Аэродинамическую трубу для изучения процессов обледенения при взлете и посадке самолетов планируется построить в новосибирском Академгородке, сообщил агентству "Интерфакс-Сибирь" научный руководитель Института теоретической и прикладной механики им.
    366
  • 18/09/2018

    Директор ИАиЭ СО РАН Сергей Бабин принял участие в заседании научно-технического совета АУ «Технопарк – Мордовия»

    13-14 сентября в Саранске прошло VI заседание Научно-технического совета (НТС) АУ «Технопарк - Мордовия». Мероприятие было посвящено рассмотрению вопроса «Цифровая повестка в волоконной оптике». Ведущие российские учёные и специалисты в сфере научно-технической и инновационной деятельности обсудили завершение проекта по созданию Инжинирингового центра волоконной оптики, работа которого напрямую связана с задачей по построению цифровой экономики, поставленной Президентом России.
    259