CC BY
105Решетневскуе чтения. 2018
УДК 621
СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И БАТАРЕИ КОСМИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Л. А. Кожевникова
Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 662971, г. Железногорск Красноярского края, ул. Кирова, 12а
Е-шаП: [email protected]
Рассматриваются некоторые изобретения и проблемы изготовления солнечных элементов, разработанных для КА.
Ключевые слова: фотоэнергетика, солнечные батареи.
SOLAR CELLS AND BATTERIES FOR SPACE APPLICATION
L. A. Kozhevnikova
Siberian Federal University 12a, Kirova Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region Russia, 662971, Russian Federation
Е-mail: [email protected]
Some inventions and manufacturing of solar cells developed for spacecraft are considered.
Keywords: photovoltaics, solar panels.
Введение. Разработка и изготовление солнечных элементов на основе различных полупроводниковых материалов. Проектирование и изготовление солнечных батарей для космических аппаратов со сроком активного существования до 15 лет.
В настоящее время в НПП «Квант» ведутся работы по трем основным направлениям развития космической фотоэнергетики и ее элементной базы, а именно:
Создание солнечных батарей на основе монокристаллического кремния. Созданные в НПП «Квант» кремниевые солнечные батареи соответствуют мировому уровню, что было подтверждено при выполнении ряда зарубежных заказов по их изготовлению в интересах Индии, Франции, Голландии, Чехии, Израиля, Китая. Эти батареи обладают:
- наивысшей начальной удельной энергетической характеристикой ~ 200Вт/м2;
- наименьшей деградацией за срок активного существования;
- двусторонней чувствительностью, что используется на низколетящих космических аппаратах и позволяет увеличить выходную мощность солнечных батарей на 10-15 % за счет преобразования альбедо Земли (в частности, солнечные батареи для КА «Заря», «Звезда», российского сектора МКС, СБ для КА «Монитор-Э») (рис. 1).
Создание солнечных батарей на основе многокаскадных фотоэлектрических преобразователей с использованием сложных полупроводниковых материалов на инородных подложках. Пока это лишь сделанная на компьютере картинка, однако на-ночастицы-биосенсоры, по словам учёных, будут выглядеть примерно так (иллюстрация с сайта physorg.com) (рис. 2).
Наночастица, она же - перекати-поле, будет постепенно выстраиваться вокруг ядра. (NASA хочет кое-что разместить внутри своих астронавтов. Причём это кое-что настолько крошечное, что будет находиться в живых клетках покорителей космоса).
Рис. 1. Солнечные преобразователи с двусторонней чувствительностью
Рис. 2. Биосенсоры
Космические каскады. Трехкаскадные арсенид-галиевые фотоэлектрические преобразователи.
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
В космических аппаратах применяют два вида солнечных батарей - кремниевые и арсенид-галлиевые на германиевой подложке. Первые производить дешевле и проще, поэтому они занимают подавляющую долю российского рынка. Для вторых требуются дефицитные материалы, они стоят значительно дороже кремниевых, но гораздо эффективнее. Поэтому, несмотря на высокую цену, заказы на арсе-нид-галлиевые батареи растут, а значит, в России выгодно развивать собственное производство этих солнечных модулей.
Создание гибких тонкопленочных солнечных батарей на основе аморфного кремния с максимальной удельной энергомассовой характеристикой и минимальной стоимостью. Это совершенно новое направление в космической фотоэнергетике. Наиболее перспективным типом таких фотоэлектрических преобразователей в настоящее время являются 3-х-каскадные ФЭП на основе аморфного кремния (a-Si) (рис. 3).
Рис. 3. Гибкая тонкопленочная БС на основе аморфного кремния
Первоначально созданные для целей наземной фотоэнергетики солнечные батареи из аморфного кремния в настоящее время рассматриваются для использования в условиях космоса, вследствие:
возможности получения высоких энергомассовых характеристик солнечных батарей, в 4-5 раз выше, чем у солнечных батарей, изготовленных на основе монокристаллического кремния, несмотря на их меньший начальный КПД;
высокой радиационной стойкости; возможности снижения на порядок и более удельной стоимости солнечной батареи по сравнению с монокристаллическим вариантом.
Существенным преимуществом гибких тонкопленочных солнечных батарей является их малый стартовый (транспортный) объем, возможность создания
на их основе легко развертываемых солнечных батарей рулонного типа и т. д.
В качестве базовой технологии изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе аморфного кремния для космического применения рассматривается освоенная совместным российско-американским предприятием ООО «Совлакс» (соучредители НПП «Квант», ЕСБ Ltd. USA) технология наземного применения. Эта технология обеспечивает формирование каскадной трехпереходной фотоэлектрической структуры на основе сплавов a-Si на тонкой ленточной подложке.
Библиографические ссылки
1. Каталог разработок [Электронный ресурс]. URL: http://www.rusnanonet.ru/products/21131/ (дата обращения: 08.09.2018).
2. Руденко Б. О. О чем пишут научно-популярные журналы мира // Наука и жизнь. 2008. № 6. С. 111-112.
3. Новости технологии [Электронный ресурс]. URL: https://www.techcult.ru/tag/satellite (дата обращения: 08.09.2018).
4. Нанотехнологии в космонавтике [Электронный ресурс]. URL: http://newnano.ru/nanotehnologii-kak-nauka/nanotehnologii-v-kosmonavtike/ (дата обращения: 08.09.2018).
5. Поулек В., Либра М., Стребков Д.С., Харче-нко В. В. Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии. 2013. 324 с.
References
1. The catalogue of developments. Available at: http://www.rusnanonet.ru/products/21131/ (accessed: 08.09.2018).
2. Rudenko B. O. What I write popular science journals of the world. "Science and life" 2008. № 6. P. 111-112.
3. Technology news. Available at: https://www. tech-cult.ru/tag/satellite (accessed: 08.09.2018).
4. Nanotechnology in space. Available at: http:// new-nano.ru/nanotehnologii-kak-nauka/nanotehno-logii-v-kosmonavtike/ (accessed: 08.09.2018).
5. Poulek V., Libra M., Strebkov D. S., Kharchen-ko V. Photovoltaic conversion of solar energy. 2013. 324 p.
© Кожевникова Л. А., 2018
