Солнечники

Фотовольтаический эффект был открыт в 1839 г. Эдмондом Беккерелем.

Первые солнечные фотоэлементы (серно-таллиевые, КПД чуть более 1%) созданы в 1930-е годы академиком А.Ф. Иоффе.

В 1954 г. статья учёных D.M. Chapin, C.S. Fueller, G.L. Pearson о создании кремниевых фотоэлементов с p-n-переходом (КПД около 6%, применены в 1958 г. в советском спутнике "Спутник-3" и американском "Авангард-1").

В начале 1960-х годов были созданы солнечные фотоэлементы с p-n-переходом на основе арсенида галия, способные работать при значительном нагреве. Применены в советских космических аппаратах, исследующих Венеру (1965 г.), и Луну: "Луноход-1" (1970 г.), "Луноход-2" (1972 г.).

В 1970 г. статья учёных Ж.А. Алфёров, В.М. Андреев, М.Б. Каган, И.И. Протасов, В.Г. Трофим по солнечным фотоэлементам на основе гетероструктур AlGaAs-GaAs (более радиационно-стойкие, применены в 1986 г. на советской орбитальной станции "Мир").

Метод низкотемпературной жидкофазной эпитаксии (КПД 24,6%).

Метод газофазной эпитаксии из паров металлорганических соединений (МОС ГФЭ) (КПД 27,6%).

В 1960-х годах родилась идея каскадных солнечных элементов. Соединение между каскадами фотоэлементов осуществлял туннельный p-n-переход (для многопереходных фотоэлементов, состоящих из нескольких десятков каскадов КПД составляет почти 87%).

Максимально возможный КПД фотоэлектрического преобразования 93% (определён циклом Карно).

Ещё одна возможность увеличения КПД - преобразование предварительно сконцентрированного солнечного излучения. На рубеже 1970-х - 1980-х годов было установлено, что фотоэлементы на основе арсенида галлия могут эффективно работать при концентрировании светового потока в сотни и даже тысячи раз, в отличие от кремниевых.

Малоразмерные (1 - 2 мм) линзы Френеля объединяются в интегральную панель. Для обеспечения долговременной (20 - 30 лет) работоспособности в последние годы Физико-техническим институтом им. А.Ф. Иоффе в кооперации с Фраунгогоферовским институтом разрабатывается "полностью стеклянная" конструкция.

Удельная мощность при использовании трехкаскадных InGaP/GaAs/Ge-фотоэлементов концентраторной солнечной батареи:
- на единицу веса - 180 Вт/кг;
- на единицу площади - 300 Вт/м2.

Литература

Ж.И. Алфёров, В.М. Андреев, В.Д. Румянцев Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики / Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 8, с. 937 - 948