Космические фотоэлектрические преобразователи и солнечные батареи.

Повышение требований к бортовым системам космических аппаратов (КА) приводит к необходимости создания солнечных батарей (СБ), обладающих более высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками с увеличенным ресурсом работы. Наиболее перспективным путем решения этих задач является создание СБ на основе гетероструктрных фотоэлектрических преобразователей из арсенида галлия и родственных ему соединений А³B⁵.

Солнечные фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) на основе GaInP/AlGaAs/GaAs гетероструктур обеспечивают существенное увеличение КПД, удельного энергосъема и радиационной стойкости космических СБ по сравнению с батареями на основе кремния.

Преимущества гетероструктурных фэп и сб

Гетероструктурные ФЭП обеспечивают:

• Большее значение КПД, достигающее в условиях космоса величины до 25% в ФЭП с одним р-п переходом в GaAs и до 30% в каскадных ФЭП.

• Улучшение радиационной стойкости, обеспечивающее увеличение срока эксплуата-ции СБ до 15 лет на геостационарных орбитах.

• Возможность работы при высоких степенях концентрирования солнечного излучения при одновременном повышении КПД до значений 30-35%.

За последние десятилетия накоплен большой отечественный и зарубежный опыт экс-плуатации космических ФЭП и СБ на основе GaAs и соединений А³B⁵. Показано, что GaAs-ФЭП обеспечивают увеличение КПД, удельного энергосъема, радиационной стойкости и других параметров по сравнению с кремниевыми СБ. Это достигается за счет уменьшения толщины щирокозонного "окна" до нескольких сот ангстрем, улучшения параметров мате-риала активной области, создания тыльных потенциальных барьеров и встроенных полей, создания встроенного Брэгговского зеркала.

Фэп на инородных подложках

Весьма важными являются работы по получению соединений А3B5 на инородных подложках, в первую очередь, по изготовлению GaAs ФЭП на германиевых подложках. Основными преимуществами замены GaAs-подложки на германиевую в ФЭП являются:

- снижение стоимости ФЭП за счет меньшей стоимости Ga при толщине слоев GaAs порядка 5 мкм; - улучшение механической прочности ФЭП и, как следствие этого, возможность уменьшения толщины структур и увеличения удельного (на единицу веса) энергосъема в солнечных батареях; - увеличение площади единичных ФЭП и увеличение производительности технологии за счет возможности использования Ge-подложек размером до 200см²; - возможность повышения КПД путем создания каскадных ФЭП с широкозонным эле-ментом в GaAs и узкозонным в Ge.

Тонкопленочные фэп

Большой коэффициент поглощения солнечного излучения в арсениде галлия позволяет сохранить высокий КПД при уменьшении толщины структуры ФЭП до величины менее 10 мкм, что обеспечивает снижение более чем на порядок расхода арсенида галлия и, как след-ствие этого, снижение в 2-3 раза веса солнечных батарей. В таких тонкопленочных ФЭП с толщиной активной области порядка 5 мкм возможно достижение высокой двусторонней чувствительности и повышение на 20-25% энергосъема в космосе за счет использования аль-бедо Земли.