Техника - молодёжи 1985-12, страница 11

способами стремились повысить КПД полупроводников.

Новый этап в развитии гелиоэнергетики, можно смело сказать, начался в 1970 году, когда в Физи-ко-техническом институте имени А. Ф. Иоффе впервые создали фотопреобразователи на основе комбинации двух различных полупроводников с зоной контакта между ними. Такие композиции называют гетероструктурами, а зоны контакта между ними — гетеропереходами. Оптические и электронные свой ства гетероструктур намного выше, чем у обычного кремния. Поэтому «производительность» новых фотоэлементов возросла в 1,5—2 раза по сравнению с кремниевым. И как считают ученые, это далеко не предел.

Но гетероструктуры — это не просто механически сложенные бруски материалов с различным типом проводимости. Кристаллические решетки образуемой пары веществ должны быть совместимыми, представлять собой как бы единое целое Чтобы ток, проходящий через элемент не терялся в его недрах.

Ленинградские ученые нашли пару выцеств с совместимыми кристаллическими решетками — арсенид галлия и арсенид алюми ния. С ними-то и пришлось заниматься молодым физикам. Олы а Федорова, Юрий Задиранов и Олег Сулима выращивали кристаллы. Их работа нагомиьала опыт из школьной практики. Помните, тот самый, который в учебнике физики предлагается проделать с поваренной солью. В перенасыщенный со ляной раствор опускают кристаллик хлористого натрия. Он постепенно обрастает и превращается в крупный, единый по структуре монолит

Нечто подобное происходило и в лаборатории физтеха. В высокотемпературных печах ученые сначала создавали расплав галлия и мышьяка. Затем его помещали на тонкую пластину арсенида галлия и начинали охлаждать. При этом на пластинке вырастали тонкие слои того же материала — арсенида галлия.

И вот фотопреобразователь на основе гетероструктур, встроенный в гелиоустановку, встречает лучи солнца. Чем больше света попадает на фотоэлемент, тем более сильный ток побежит ло проводам. А раз так, солнечные лучи надо сфокусировать и таким образом

значительно увеличить их концент рацию. В установке, смонтированной на крыше физтеха, с такой задачей успешно справляются сферические зеркала-концентраторы. «Спрессованный» тысячекратно луч света они направляют на фотоэлемент диаметром в 1—2 см. При такой конструкции площадь поверхности фотоэлемента и стоимость солнечной батареи уменьшаются пропорционально степени концентрации света.

С зеркалами ленинградцам помогли коллеги из Ташкентского физико-технического института имени С. В Стародубцева. Они нашли дешевый способ изготовления концентраторов, которые раньше стоили довольно дорого. Вкратце технология такова. Лист обычного оконного стекла, нагретый до размягчения, помещают над ванной, форма которой соответствует форме зеркал i елиоуста-новки. Затем из ванны вакуум-насосом выкачивают воздух Под действием давления стекло принимает нужную форму. После того как заготовка остынет, на нее напыляют слой алюминия. Теперь остается ее отполировать, и изделие готово.

Наконец все проблемы вроде бы решены. Но как поведет себя концентрированный свет? Ведь от соприкосновения со «спрессованным» лучом любой материал мгновенно раскаляется. Не изменит ли своих свойств гетероструктура^ Кремние вые фотоэлементы, как известно, уже при нагревании до 60°С существенно теряют свои качества.

У Льва Толстого есть рассказ об огромном камне, который преградил путь уличному движению. Какие только проекты не выдвигали ученые мужи для ликвидации помехи! А выход из положения нашел простой крестьянин. Он пред ложил обложить глыбу кострами, раскалить ее, а затем облить холодной водой из пожарных шлангов. И действительно, от резкого перепада температур камень трес нул и развалился на куски, которые потом увезли на обычных подводах.

Похожим образом термостойкость полупроводников проверяли Олег Сулима и Сергей Трошков. Со стороны могло показаться, что они занимаются разрушительной работой. Сначала в лабораторных печах нагревали образцы до высо кой температуры, затем резко охлаждали. Но псевдоразрушение,

как вы уже догадались, проводилось с созидательной целью.

К неописуемой радости исследователей, полупроводники, созданные ими же, выстояли. Сергей Трошков тщательно осмотрел испытанные гетероструктуры и дефектов не обнаружил. Измерительные приборы также показали, что свойства материалов не изменились. Гетероструктуры не боялись жары, а значит, могли воспринимать кон центрированный свет, не теряя своих качеств Даже после нагревания до 200° С их КПД не уменьшался Однако при работе в гелиоустановке благодаря специально сконструированной системе отвода избыточного тепла фотоэлементы нагре ваются не до 200° С, а «всего» до 60—70° С. Такой температуры для кремниевых фотоэлементов тем не менее достаточно для существующего ухудшения их качества. Ге-терофотоэлементы в таких же условиях свои КПД практически не сни жали. Его величину, воздействуя на полупроводники светом в различ ных областях спектра, определил Тимур Табаров. Аппаратура для фотоэлектрических измерений беспристрастно показала все те же 27%, что были зафиксированы и при проверке образцов, которые не подвергали воздействию высокой температурой

До первого пуска гелиоустановки молодые ученые проработали вместе пять лет. Боролись за каждый процент КПД — тщательным образом подбирали параметры слоев гетероструктуры, компоновали оптимальный модуль солнечной электростанции, доводили его узлы Особенно долго пришлось повозиться с контактной сеткой, которая, с одной стороны, должна быть как можно тоньше, чтобы не отбрасывать тень на полупроводник, с другой — охватывать как можно большую площадь, чтобы «собирать» максимальное количество электричества, поступающего из фотоэлемента. Из этих крох и сложились внушительные 27%.

Зеркала, кристаллы гетероструктур, системы охлаждения, слеже ния и наведения — все это, собранное воедино, и есть модуль солнеч ной электростанции, построенный молодыми учеными, лауреатами премии Ленинского комсомола. Недавно он успешно прошел ресурсные испытания в Узбекистане. Такие 200 ваттные модули в недалеком будущем составят достаточно мощные гелиостанции.

9