Техника - молодёжи 1988-11, страница 11

этому принципу, и развивается фотоэнергетика.

Еще недавно фотоэлектроэнергия обходилась очень дорого. И немудрено. До 1982 года в нашей стране фотоэлементы выпускались только для космических аппаратов. В наземные преобразователи попадало лишь то, что по каким-то причинам выбраковывали основные заказчики.

Наконец появилось опытное производство дисковых солнечных элементов для народнохозяйственных нужд. Себестоимость солнечной электроэнер1ии уменьшилась в 3 — 4 раза. Но все равно 7—10 руб. за 1 Вт установленной мощности (таковы сегодняшние затраты) — это очень дорого. Идет поиск способов удешевления солнечных элементов. Один из примеров тому — интересная разработка советского ученого А. Степанова. Он предложил высококачественный кремний не выращивать в виде слитков, которые при ходится потом распиливать на круглые пластины, те же, в свою очередь, тщательно полировать, затрачивая много энергии и расходуя впустую материал, а вытягивать тонкими лентами из расплава. При таком способе не только снижается себестоимость фотоэлементов, но и увеличивается эффективность солнечных батарей. Ведь ленты можно смыкать вплотную, а между дисковыми элементами всегда остается неиспользованная площадь.

Однако в буквальном смысле камень преткновения солнечной элек

троэнергетики — низкий КПД кремниевых элементов. Дело в том, что лишь небольшая часть солнечной энергии поглощается электронами в полупроводниках. Львиная доля падающего излучения идет на нагрев фотоэлемента (что, между прочим, ухудшает его фотоэлектрические характеристики), какая-тч, часть отражается, какая-то пронизывает его насквозь. Вспомним, ведь запрещенная полоса в полупроводнике довольно узка. А значит, и невелико «энергетическое меню» электронов. Кроме того, значительные потери энергии в полупроводниках связаны с рекомбинацией электронов и дырок (компенсацией разноименных зарядов).

В результате КПД стандартных солнечных элементов не превышает 10%. Впрочем, уже есть опытные образцы, полученные в лабораториях М. Кагана, А. Зайцевой (НПО «Квант»), КПД которых 15—17%. И это не предел. Экспертами посчитано, что предельный КПД для солнечных элементов с п-р-переходом составляет 27—30%.

Особенно перспективными считаются полупроводниковые преобразователи с так называемыми гетеропереходами. Они изготовлены из двух различных по химическому составу полупроводников (в отличие от описанного нами одного, но легированного с двух сторон разными примесями). Соответственно ширина запрещенных зон в каждом различна. В области п-р-перехода воз

никает, за счет взаимного сглаживания потенциальных барьеров, дополнительная фото-ЭДС. Коллектив ученых, работающий под руководством академика Ж. Алферова, получил на фотодиодах с гетеропереходом «арсенид алюминия — арсенид галлия» КПД около 20%.

Рис. f. Полупроводниковые фотоэлементы с вариэонной структурой преобразуют значительно большую часть солнечного излучения в электрическую энергию, чем фотоэлементы с фиксированной шириной запрещенной зоны Наверху — диаграмма распределения энергии солнечного излучения по длинам волн. Обозначения: —энергия, которую получают электроны в фотоэлементах с вариэонной структурой; Е перехода—энергия электронов в полупроводниковых преобразователях с обычной структурой; а — ширина запрещенной зоны, — диапазон рабочих длин волн для фотоэлементов с вариэонной структурой; Я' — диапазон рабочих длин волн в полупроводниковых преобразователях с обычной структурой.

9