11.3.4 Производительность фотоэлемента

Для фотоэлементов, изготовленных с применением химических элементов III-IVгрупп, обычно характерно применение в космических устройствах и аппаратах. Другими словами, они являются дорогостоящими, но отличаются высокой производительностью. Как правило, КПД таких фотоэлектрических устройств составляет более 20%, а КПД фотоэлементов, изготовленных с применением более дорогостоящих подложек из арсенида галлия, превышает 34% [25].

Важным требованием, предъявляемым к фотоэлементам, предназначенным для применения в условиях космоса, является устойчивость к воздействию радиации. Такие фотоэлементы обычно испытывают на предмет устойчивости к радиационному воздействию фотонов и электронов с энергией как минимум 1 МэВ и выше. При высокой интенсивности воздействия, снижение эффективности как правило составляет менее 20 %.

Применяемые в космосе фотоэлементы иногда испытывают на себе значительные перепады температур, поэтому их подвергают температурному циклированию в диапазоне температур от -170 до +96 °С, причем количество циклов составляет ни много ни мало 1600. Фотоэлементы также должны выдержать испытание на прочность при изгибе, тест на прочность крепления контактов, испытание на влагостойкость, вакуумные высокотемпературные испытания, в ходе которых фотоэлементы испытываются при температуре выше 140 °С в условиях вакуума в течение 168 часов [26].

Коэффициент заполнения фотоэлементов из арсенида галлия составляет более 80 %, а напряжение разомкнутой цепи, как правило, составляет от 0,8 до 0,9 В.

Конструкция многослойных фотоэлементов зависит от толщины воздушной массы в месте установки и эксплуатации фотоэлектрического устройства. Для того, чтобы в каждом поглощающем слое под воздействием фотонов вырабатывался одинаковый ток, толщина каждого слоя должна быть скорректирована с учетом толщины воздушной массы в месте предполагаемой эксплуатации устройства, так как затухание волн солнечного спектра разной длиныпод воздействием воздушных масс происходит не одинаково, см. Рисунок 2.2.

В частности, если эффективное поглощение происходит при , количество фотонов с такой длиной волны при толщине воздушной массы АМ0 будет значительно больше, чем при толщине воздушной массы АМ1. Следовательно, если устройство предполагается эксплуатировать при толщине воздушной массе АМ1, ширину поглощающего слоя следует увеличить с тем, чтобы вырабатываемый фотоэлектрический ток был сопоставим по силе с током, вырабатываемым более тонким слоем при толщине воздушной массы равной АМ0. Этот фактор важно учитывать при оптимизации работы фотоэлементов, предназначенных для эксплуатации при АМ0, однако он может иметь значение и для фотоэлементов, спроектированных для эксплуатации в регионах, где существует вероятность продолжительного воздействия воздушных масс толщиной АМ1,5 и АМ2,0.

Таким образом, фотоэлементы из химических элементов III-IVгрупп прекрасно зарекомендовали себя при эксплуатации в условиях космоса и, скорее всего, дальнейшие исследования приведут к улучшению эксплуатационных показателей, и одновременному снижению их массы и себестоимости. Смогут ли фотоэлементы из химических элементовIII-IVгрупп конкурировать с фотоэлементами, произведенными с использованием других технологий, будет зависеть от того, как вообще будут развиваться современные технологии. Те, кому довелось родиться после того, как от опытных образцов перешли к промышленному производству фотоэлементов, скорее всего, и узнают ответ на этот вопрос.