Сонячний елемент на основі арсеніду галію - найкращий. У нього високий ККД - в промислово випускаються пристроях більше 30%, він не боїться опромінення, витримує високі температури. Не випадково саме з нього зроблено сонячні батареї на сучасних супутниках. А випускають такі сонячні елементи для космосу на московському підприємстві ВАТ «НВП« Квант ». Це найстаріше підприємство сонячної енергетики в країні, а може бути, і в світі - на ньому були зроблені перші сонячні батареї для радянських космічних апаратів. Власне, звідти, зі сфери освоєння космосу, і пішли всі численні елементи, які перетворять сонячне світло в електрику і претендують на те, щоб в недалекому майбутньому замінити теплові електростанції.
Реактор повністю відділений від навколишнього середовища. Тому пластинки монокристала германію в установку завантажують через шлюз, потім за допомогою рукавичок встановлюють в приймальний пристрій, і далі вони потрапляють в реакційну камеру, де на них наносять шари майбутнього фотоелемента
Скорочення космічних програм, що послідувало за розпадом Радянського Союзу, призвело до непростих часів на підприємстві. Однак і в цих важких умовах вдалося обладнати ділянку по виготовленню принципово нових елементів на основі арсеніду галію.
«Шість років тому тут нічого подібного не було, - розповідає кандидат фізико-математичних наук Олена Володимирівна Обручева, співробітник ВАТ« НВП «Квант». - Нам довелося заново зробити всю начинку будівлі, адже робота ведеться в умовах підвищеної чистоти. Потрібні були спеціалізована система вентиляції та очищення повітря, а також система безпеки. І звичайно ж треба було закупити і встановити сучасне обладнання - реактори зростання гетероструктур та інші апарати технологічної лінії, спеціально спроектовані під наші завдання ».
Зліва - готові сонячні елементи. Праворуч - зворотна сторона реактора,
де знаходяться датчики і насоси, що регулюють переміщення реагентів
по трубопроводах
Елемент на основі арсеніду галію - це гетероструктура, яка складається з декількох основних верств мікронною товщини. Щоб вони добре сполучалися, їх перемежовують наношарами спеціального призначення (всього елемент космічного призначення містить більше 30 шарів, причому половина з них нанометричну розміру). Це можуть бути і дифузійні бар'єри, і дифузійні буферні шари, і шари епітаксіального зародження, і легуючі прошарки, і релаксаційні буферні грідструктури з чергуються наношарів, і періодичні нанослойние брегговскіе дзеркала, і вбудовані тунельні діоди, і так звані квантові ями, і шари з квантовими точками.
Створюють гетероструктуру на підкладці - платівці, вирізаної з монокристала германію, - в спеціальному реакторі. Туди, в ізольоване від людини простір, по газових магістралей надходять надчисті металлорганические з'єднання. У реакторі вони розкладаються і найтоншими шарами осідають на поверхні підкладки. Щоб все пройшло так, як треба, потрібно якнайточніше контролювати в реакторі загальну температуру і її градієнт в різних зонах, тиск, швидкості потоків.
«Технологія дуже складна. Ми постійно ведемо дослідницьку роботу, щоб розуміти, що за процеси йдуть в реакторі. Згодом його характеристики змінюються, і потрібно постійно регулювати відбуваються в ньому процеси », - пояснює Е.В.Обручева.
Після того як гетероструктура створена, її витягують з реактора і відправляють далі - в установку для нанесення багатошарових металевих контактів і захисного скла. Потім слід тестування, і на виході виходить елемент майбутньої сонячної батареї космічного апарату, яка може служити до п'ятнадцяти років в жорстких умовах космосу, стабільно видаючи до 350 Вт з квадратного метра своєї поверхні.
«Коли ми починали створення ділянки, неможливо було знайти фахівців, які могли б працювати на цьому обладнанні, - каже Є.В. Обручева. - Тоді ми уклали договір з МИСиС, де є велика школа з матеріалознавства напівпровідників, і вони стали спеціально для нас готувати студентів, яких ми відразу ж долучали до справи. Наприклад, лабораторні роботи ставили на діючому обладнанні, причому вирішували реальні завдання, пов'язані з налагодженням процесу. В результаті у нас зараз склався наймолодший колектив на підприємстві ».
Який же результат? Якщо ще п'ять років тому Роскосмос закуповував такі батареї за кордоном, наприклад для оснащення супутників системи ГЛОНАСС, то тепер, після створення промислового цеху на базі цієї ділянки, такі замовлення можна буде виконувати і в Росії.