Фотоэнергетика

Научно-производственное предприятие «Квант» является ведущей организацией в РФ в области разработки и изготовления солнечных элементов на основе различных полупроводниковых материалов, а также в области проектирования, изготовления, испытаний и обеспечения ресурсных характеристик солнечных батарей для КА на их базе.

Начиная с третьего искусственного спутника Земли, запущенного 15 мая 1958 года, все отечественные космические аппараты оснащались солнечными батареями, которые были разработаны и изготовлены НПП «Квант». Всего за это время разработано, изготовлено и поставлено более 2000 солнечных батарей, которые успешно эксплуатировались на разнообразных космических аппаратах, работавших на низкоорбитальных, геостационарных, эллиптических орбитах, на автоматических межпланетных станциях и т.д. Выполняя эти работы предприятие сотрудничало со всеми головными заказчиками-изготовителями космических аппаратов.

НПП «Квант» были предложены и успешно реализованы принципиально новые, отличные от зарубежных аналогов, типы солнечных батарей, например:

— солнечные панели на сетчатых или струнных подложках;

— кремниевые солнечные батареи с двусторонней чувствительностью для использования на низкоорбитальных КА;

— солнечные батареи на основе арсенида галлия (моно);

НПП «Квант» был проведен большой объем наземных исследований и натурных испытаний по выявлению воздействия на характеристики солнечных батарей основных факторов космического пространства: радиации, плазмы, термоциклирования и т.д. Это позволило с большой точностью определять ресурсные характеристики и в последние годы перейти к проектированию и изготовлению солнечных батарей для космических аппаратов со сроком активного существования до 15 лет.

В настоящее время в НПП «Квант» ведутся работы по трем основным направлениям развития космической фотоэнергетики и ее элементной базы, а именно:

1. Создание солнечных батарей на основе монокристаллического кремния.

Созданные в НПП «Квант» кремниевые солнечные батареи соответствуют мировому уровню, что было подтверждено при выполнении ряда зарубежных заказов по их изготовлению в интересах Индии, Франции, Голландии, Чехии, Израиля, Китая. Эти батареи обладают:

— наивысшей начальной удельной энергетической характеристикой ~ 200Вт/м²;

— наименьшей деградацией за срок активного существования;

— двусторонней чувствительностью, что используется на низколетящих космических аппаратах и позволяет увеличить выходную мощность солнечных батарей на 10-15 % за счет преобразования альбедо Земли (в частности, солнечные батареи для КА «Заря», «Звезда», российского сектора МКС, СБ для КА «Монитор-Э»).

2. Создание солнечных батарей на основе многокаскадных фотоэлектрических преобразователей с использованием сложных полупроводниковых материалов на инородных подложках.

С помощью солнечных элементов на основе каскадных сложных гетеропереходных структур, использующих тройные и четвертные соединения А^IIIВ^V, наносимые на инородную полупроводниковую подложку, в настоящее время достигнуты максимальный кпд в условиях космоса, наилучшие результаты по удельной мощности, сроку активного существования и минимальной деградации за этот срок. C помощью подобных солнечных элементов освоен диапазон кпд 25-30%. Для целого класса перспективных космических аппаратов, например, крупных геостационарных платформ, а также космических аппаратов, предназначенных для транспортных операций в космосе с использованием электрореактивных двигательных установок, возможность выполнить современные целевые задачи позволяет только использование подобных высокоэффективных солнечных батарей. Учитывая это, а также используя многолетний опыт проектирования  солнечных батарей на основе GaAs, НПП «Квант» развивает работы в указанном направлении.

3. Создание гибких тонкопленочных солнечных батарей на основе аморфного кремния с максимальной удельной энергомассовой характеристикой и минимальной стоимостью.

Это совершенно новое направление в космической фотоэнергетике. Наиболее перспективным типом таких фотоэлектрических преобразователей в настоящее время являются 3-х-каскадные ФЭП на основе аморфного кремния (a-Si). Первоначально созданные для целей наземной фотоэнергетики солнечные батареи из аморфного кремния в настоящее время рассматриваются для использования в условиях космоса, вследствие:

— возможности получения высоких энергомассовых характеристик солнечных батарей, в 4-5 раз выше, чем у солнечных батарей, изготовленных на основе монокристаллического кремния, несмотря на их меньший начальный кпд;

— высокой радиационной стойкости;

— возможности снижения на порядок и более удельной стоимости солнечной батареи по сравнению с монокристаллическим вариантом.

Существенным преимуществом гибких тонкопленочных солнечных батарей является их малый стартовый (транспортный) объем, возможность создания на их основе легко развертываемых солнечных батарей рулонного типа и т.д.

В качестве базовой технологии изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе аморфного кремния для космического применения рассматривается освоенная совместным российско-американским предприятием ООО «Совлакс» (соучредители НПП «Квант», ЕСD Ltd.,USA) технология наземного применения. Эта технология обеспечивает формирование каскадной трехпереходной фотоэлектрической структуры на основе сплавов a-Si на тонкой ленточной подложке.