В России создали прототип установки для производства солнечных элементов космической техники

В космической отрасли преимущественно используются солнечные элементы на основе кремния и арсенида галлия на германиевой подложке. Однако германий остается очень дорогим материалом, поэтому в качестве альтернативы ученые предлагают использовать сапфир, который значительно доступнее и уже широко применяется в микроэлектронике и светодиодной технике. 

Выбор сапфира обусловлен его уникальными свойствами: высокой оптической прозрачностью, термической и радиационной стойкостью, а также меньшей плотностью по сравнению с традиционными полупроводниковыми материалами. Эти характеристики особенно важны для работы в условиях открытого космоса, где оборудование подвергается резким перепадам температур и интенсивному радиационному воздействию.

Специалисты разработали прототип установки МОС-гидридной эпитаксии – технологии для выращивания полупроводниковых слоев из газовой фазы. На базе этой установки планируется создавать высокоэффективные солнечные элементы на сапфировых подложках для применения в космической технике. Как отметила и.о. ректора СКФУ профессор Татьяна Шебзухова, проект предусматривает полный цикл создания отечественных солнечных элементов, включая создание производственной линии. «Реализация проекта создаст базу для трудоустройства высококвалифицированных специалистов, укрепит позиции региона как центра перспективных космических и энергетических технологий», – подчеркнула она.

По словам руководителя Научно-образовательного центра фотовольтаики и нанотехнологии (НОЦ ФН) СКФУ, доктора технических наук Игоря Сысоева, технология выращивания полупроводниковых пленок на основе нитридов галлия, алюминия и индия на сапфировых подложках уже хорошо отработана в производстве светодиодов. Задача исследователей – перенести эти технологии в область космической энергетики и создать солнечные элементы, которые будут не только эффективными и радиационно стойкими, но и конкурентными по себестоимости.

Сысоев пояснил, что специализированные установки зарубежного производства стоят до $10 млн и в нынешних условиях практически недоступны, а российские промышленные аналоги такого класса пока не выпускаются. Созданная в университете исследовательская установка отличается высокой сложностью как с точки зрения конструкции, так и системы управления технологическим процессом. В настоящее время проводятся финальные испытания ее основных узлов и подготовка к началу полноценных работ. Специалисты планируют с помощью платформы отработать режимы получения активных слоев многослойных структур на основе соединений нитридов металлов, оптимальных для солнечных элементов космического назначения.

Следующим шагом станет разработка отечественной промышленной установки для серийного производства солнечных элементов на сапфировых подложках. Предполагается, что выпуск таких элементов будет организован на мощностях компании «Стилсофт» (Ставрополь). Интерес к разработке уже проявило НПО «Сатурн» (Краснодар), специализирующееся на производстве космических солнечных батарей.

Ранее сообщалось, что госкорпорация «Ростех» запустила первое в России промышленное производство полированных пластин из германия. Такие элементы выполняют роль подложек для фотоэлектрических преобразователей в солнечных батареях, используемых в космической технике.