Разработка высокоэффективных, сверхлегких солнечных панелей на основе ультратонких солнечных элементов на гетероструктурах AIIIB V / Ge

Abstract

В настоящее время имеется острая потребность увеличения мощности солнечных батарей (СБ) для космических аппаратов. Для этого используются многокаскадные (МК) солнечные элементы (СЭ) на основе соединений A IIIB V с эффективностью до 30% и реальной перспективой до 32-34% [1] .Таким образом, радикально увеличить мощность СБ за счет только эффективности не реально. Cледовательно, для значительно подъема мощности необходимо увеличивать площадь. Для этого необходимы высокоэффективные, тонкие, легкие и желательно гибкие СЭ, которые компактно упаковываться под обтекателем ракеты. С этой целью разрабатываются МК СЭ на тонких A IIIB V эпитаксиальных гетероструктурах (ГС), в основном InGaP/GaAs/GaInAs, выращенных инвертированным метаморфным (IMM) ростом с последующим отделением от ростовой подложки вытравливанием жертвенного слоя [1]. Технология сложная и дорогая, поэтому довести производство до коммерческих СБ на основе СЭ на гетероструктурах A IIIB V /InGaAs до настоящего времени не удалось. Авторами предложен простой и надежный способ получения сверхтонких и, следовательно, сверхлегких СЭ на массово производимых в настоящее время ГС InGaP/GaAs/Ge путем утонения Ge каскада (95% веса СЭ) до нескольких десятков (даже единиц) микрон с помощью временного технологического носителя (ТН) [2]. Наиболее удобным является химически стойкий термоскотч Revalpha корпорации NITTO DENKO (Япония), которыый служит опорой ГС при утонении (жидкостном травлении) и легко и чисто удаляется нагреванием, не травмируя ГС. Апробация технологии проводилась на СЭ типа 3G30A фирмы AZUR. На рис. 1 показан утоненный со 180 до 50 мкм фрагмент СЭ на ГС – InGaP/GaAs/Ge, перенесенный на металлизированный углепластик, на рис.2 - I-V характеристика (зеленая кривая) с удовлетворительным для первого эксперимента КПД 28.7%, Очень важно, что предложенный метод позволяет надежно переносить утоненные СЭ на произвольную легкую и гибкую подложку (каптон, углепластик) не отделяя от ТН. Таким образом, открывается возможность создания сверхлегких солнечных панелей на основе массово производимых в настоящее время СЭ на ГС – InGaP/GaAs/Ge и любых перспективных 4, 5 и даже 6 - каскадных СЭ. На Рис 3. показана возможная схема монтажа такой сверхлегкой СБ на печатной плате из каптона. Эффективность СБ из утоненных СЭ на ГС A IIIB V / Ge, при увеличении числа p-n переходов, в перспективе не уступит СБ на ГС A IIIB V /InGaAs [1], а технология значительно проще [2]. Утонение СЭ на AIIIB V / Ge позволит существенно уменьшить удельную массу современных СБ, которая составляет 2.6 кГ/м2 . Перспективно использовать предлагаемые сверхтонкие СЭ совместно с разработанными в России предприятием «Технология» и НПП «ТАИС» сверхлегкими углепластиковыми каркасами для СБ с удельнной массой 0.5 кГ/м2 показанными на Рис.4. В этом случае результирующая удельная масса СБ может быть уменьшена до 1кГ/м2 . Особенно важно, что такой тип панелей может обеспечить гораздо более плотную упаковку СБ, т.о. увеличить площадь и, соответственно, мощность СБ при сохранении веса.