Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
В настоящее время в космической отрасли наиболее эффективными и востребованными считаются многокаскадные фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) на основе материалов АIIIВV. Для достижения высокого значения коэффициента полезного действия ФЭП просветляют — на лицевую поверхность ФЭП наносят антиотражающее покрытие (АОП). АОП — тонкая диэлектрическая пленка (пленки), которая уменьшает отражение от поверхности ФЭП за счет интерференционных эффектов. Данные эффекты достигаются, если оптическая толщина АОП кратна четверти длины волны, на которой необходимо иметь наименьшее отражение. Показатель преломления АОП должен быть среднегеометрическим показателей преломления окружающей среды и полупроводниковой структуры.
Как известно, у многокаскадных ФЭП ток короткого замыкания определяется минимальным фототоком каскадов, поскуольку они соединены последовательно. В начале срока активного существования (САС) ток ФЭП ограничивается током верхнего каскада на основе InGaP, тогда как в конце САС — током среднего каскада на основе InGaAs [1]. Таким образом, актуальным становится установление диапазона длин волн, на котором целесообразно просветлять ФЭП для его наиболее эффективной работы в составе солнечной батареи космического аппарата в течение всего САС.
Для проведения сравнительных расчетов мощности выбрано просветление на длинах волн 500, 600 и 700 нм, так как на длинах волн 500 и 700 нм наиболее эффективно работают верхний и средний каскады соответственно, а, по литературным данным, большинство ФЭП просветляют на 600 нм.
Расчеты проводились по описанной в работе [2] методике, базирующейся на том, что спектр внешнего квантового выхода фотоотклика (ВКВФ) в первом приближении отображает оптические потери (значения обратно пропорциональны значениям спектра отражения). Следовательно, плотность фототока и, соответственно, ток короткого замыкания вычисляются на основе спектров ВКВФ и распределения плотности потока солнечного излучения АМ0.
Для оценки эффективности просветления на конец САС были использованы спектры ВКВФ, полученные в работах [3, 4], где облучение ФЭП на основе InGaP/InGaAs/Ge проводилось электронами с энергией 1 МэВ и флюенсом 1015 см–2. Согласно методам JPL и NRL, широко применяемым для прогнозирования радиационной стойкости ФЭП, деградация по мощности на конец САС (15 лет) для геостационарной орбиты будет такой же, как при облучении электронами с указанными энергией и флюенсом.
Расчеты спектров отражения ФЭП проводились в программе Optilayer. В качестве АОП была использована двухслойная композиция Al2O3/TiO2. Следует отметить, что при проведении расчётов учтено влияние на общее отражение от ФЭП наличия контактной гребёнки на его фотовоспримчивой поверхности, а также присутствия брэгговского отражателя в составе полупроводниковой структуры. Рассчитанный коэффициент отражения на выбранных длинах волн (500, 600, 700 нм) составил примерно 0,1 %.
На основе полученных спектров отражения и ВКВФ были смоделированы вольт-амперные характеристики, а также рассчитаны основные электрические параметры ФЭП площадью 27 см2 и фототоки каждого каскада.
Результаты расчета оптимальной мощности ФЭП с просветлением до и после облучения электронами с флюенсом 1015 см–2 составляют:
– для просветления на 500 нм: 1113 и 1067 мВт;
– для просветления на 600 нм: 1122 и 1096 мВт;
– для просветления на 700 нм: 1063 и 1038 мВт соответственно.
Фототоки верхнего и среднего каскадов ФЭП до и после облучения следующие:
– для ФЭП с просветлением на 500 нм:
1) до облучения: 17,9 и 17,7 мА/см2;
2) после облучения: 17,5 и 17,0 мА/см2;
– для ФЭП с просветлением на 600 нм:
1) до облучения: 17,8 и 19,5 мА/см2;
2) после облучения: 17,4 и 18,6 мА/см2;
– для ФЭП с просветлением на 700 нм:
1) до облучения: 16,9 и 19,5 мА/см2;
2) после облучения: 16,5 и 18,7 мА/см2 соответственно.
Видно, что наибольшей деградацией по мощности подвергся ФЭП с просветлением на 500 нм (4 %). В то время как ФЭП с просветлением на 600 нм и 700 нм имеют примерно одинаковую степень деградации (1,5 %). Это связано с тем, что ток ФЭП с просветлением на 500 нм в отличие от других, рассмотренных в данной работе, после облучения ограничивался током среднего каскада, у которого деградация существеннее, чем у верхнего.
Несмотря на одинаковую степень деградации ФЭП с просветлением на 600 и 700 нм, первый из них демонстрирует большее значение мощности на начало и конец САС.
Таким образом, показано, что, для получения большей мощности и меньшей деградации ФЭП необходимо определить такую длину волны просветления, на которой фототок верхнего каскада был бы меньше фототока среднего каскада в конце САС и имел максимально возможное значение. Следовательно, просветлять ФЭП целесообразнее на длине волны, находящейся в спектральном диапазоне 500...600 нм.
В настоящее время ведутся трудоемкие работы по получению более точного значения волны просветления.
