Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Прямое преобразование солнечной энергии з электрическую является одним из перспективных направлений современной энергетики, развитие которого активно осуществляется в рамках как национальных, так и международных исследовательских программ. Начиная с 1958 года, солнечные батареи (СБ) являются практически единственным первичным источником электроэнергии даже на относительно короткоживуших космических аппаратах, что объясняет актуальность работ по совершенствованию толупроводниковых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), являющихся элементной базой современных СБ.
Анализ проведенных различными авторами исследований показывает, что ^следования ФЭП энергично осуществляются как в направлении их технологического совершенствования, так и повышения надежности з течение длитель-юго существования в условиях космоса в составе автономных фотоэнерге-гических установок. Так, на орбитальных объектах вследствие изменения осве-денности ФЭП рабочая температура элементов на нетермостатированных па-іелях варьирует от 100 до 420 К, а термоудары при выходе из области тени тланеты превышают 25 град/мин. Столь значительное изменение рабочей температуры ФЭП вызывает, с одной стороны, обратимое изменение на десятки процентов эффективности преобразования солнечной энергии, с другой — необратимое изменение КПД СБ вследствие проявления эффектов гермощжяиро-шния в ФЭП.
Отсюда слеДус'г нсоолодймость корректного изучения электрофизических сарактериешк ФЭП, предназначенных для использования в космических СБ: /чета интенсивности, спектрального состава излучения, расширения температурного диапазона исследований в криогенную область; учета динамики температурного воздействия1 на характеристики различных по составу и конструк-гивному исполнению ФЭП. Наконец, представление экспериментальных данных юлжно отвечать требованиям их использования в современных САПР.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в комплексном исследовании физических провесов, определяющих статическое и динамическое влияние температуры на ха-
ракт еристики полупроводниковых ФЭП при различных уровнях и спектральных составах освещенности, и разработке физической модели процесса термического прогрессирущего разрушения многослойных полупроводнижовы? структур в условиях циклического температурного воздействия.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ О Разработать методику и экспериментальную базу для достоверных ста тических исследований характеристик полупроводниковых ФЭП в широ ком диапазоне температур и освещенностей различного спектрального со става.
О Разработать методику и экспериментальную базу для исследования ре сурсных характеристик полупроводниковых ФЭП в широком диапазош параметров циклического температурного воздействия. О Провести точные измерения нагрузочных и спектральных характерне тик полупроводниковых ФЭП, различающихся составом полупроводни ковых материалов, конструкцией и технологией изготовления в диапазон! температур и освещенностей элементов, адекватных условиям эксплуата ции в составе автономных фотоэнергетических установок космического базирования.
О Разработать эмпирическую модель аналитического описания наїру зочных вольтамперных характеристик (ВАХ) ФЭП в диапазоне темпера тур и освещенностей космических орбитальных СБ.
О Исследовать влияние конструктивных и технологических особенностей планарных диффузионных ФЭП на температурную зависимость деформа ции ВАХ и параметров ее аналитического описания. О Провести количественные исследования эффектов термоциклирования і многослойных полупроводниковых структурах и ФЭП различных конст рукций в широком диапазоне параметров температурного воздействия. О Разработать основные положения физической модели отказа контакт ной системы многослойных полупроводниковых фотоэлектрически: структур в условиях термоциклирования.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА проведенных исследований состоит в коррект ном решении актуальной задачи получения достоверной информации о функ
ционировании полупроводниковых ФЭП различной конструкции в адекватных космическим по диапазону температур и освещенностей условиях и физических причинах детерминированного отказа их контактных систем при термоциклн-ровании.
НОВЫМИ являются: О экспериментальные результаты исследования спектральных характеристик и нагрузочных ВАХ ФЭП планарной и матричной конструкции (под спектром адекватным А МО), с диффузионным р-п-переходом и барьером Шоттки на фотоактивной поверхности, из GaAs и Si с широким диапазоном изменения удельного сопротивления базы и глубины залегания p-n-перехода в диапазоне температур 100— 400 К и, в частности, обнаружение максимума на температурных зависимостях КПД ФЭП в криогенной области температур: 0 результаты теоретических и экспериментальных исследований эффектов тер-моциклнрования в полупроводниковых фотоэлектрических структурах, в частности, выяснение физики процесса детерминированного отказа ФЭП при термоциклировании и экспериментальное установление характеристик процесса малоцикловой термической усталости как функции числа и параметров циклов воздействия;
0 результаты достоверного аналитического описания нагрузочных ВАХ реальных ФЭП различного состава, конструкции и технологии изготовления в условиях существования орбитальной околоземной СБ с учетом вариации освещенности элементов, перепада, скорости изменения температуры ФЭП и продолжительности термического воздействия.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ проведенных исследований заключается в разработанных методиках; их аппаратной реализации и, собственно, результатах экспериментального изучения спектральных характеристик и нагрузочных ВАХ полупроводниковых ФЭП, используемых в составе космических СБ различного назначения, моделирования фотоэнергетических систем различного назначения, прогнозирования и анализа результатов их эксплуатации на искусственных спутниках Земли.
