Российские исследователи разработали установку для изготовления солнечных элементов на сапфировых пластинах, предназначенных для спутниковых энергосистем. Эти элементы будут обладать более высокой эффективностью и меньшей себестоимостью по сравнению с нынешними образцами.
Как сообщает «Коммерсант», в Северо-Кавказском федеральном университете (СКФУ) создали опытный образец установки для МОС-гидридной эпитаксии. Она предназначена для осаждения полупроводниковых слоев из газовой фазы с целью создания солнечных элементов на сапфировой основе.
Ранее в подобных целях применяли кремний, а затем подложки из арсенида галлия. Использование сапфира позволит поднять коэффициент полезного действия до 30%. Это не только уменьшит зависимость России от зарубежных поставок солнечных батарей для космических аппаратов, но и усилит её конкурентные позиции на международном рынке.
На созданном прототипе будут изготовлены первые опытные образцы. Масштабированием данной технологии займется компания «Стилсофт», которая окажет университету необходимое содействие.
Сапфир отличается устойчивостью к экстремальным температурам и космической радиации, а также высокой оптической прозрачностью в широком спектре — от ультрафиолетового до инфракрасного излучения. Его плотность вдвое ниже, чем у германия, что позволяет существенно снизить массу готовых батарей.
Суть идеи ученых СКФУ, как поясняется на сайте вуза, состоит в том, что солнечный свет будет попадать непосредственно через сапфировую подложку. Таким образом, конструкция будущего фотоэлемента оказывается как бы «вывернутой наизнанку».
По словам директора научно-образовательного центра фотовольтаики и нанотехнологий СКФУ Игоря Сысоева, отечественные наработки позволят в десятки раз сократить затраты на производство компонентов для солнечных панелей.
По информации представителей университета, на январь 2025 года в России работало лишь два предприятия, выпускающих космические солнечные батареи — в Московской области и Краснодарском крае. Поскольку основные производственные мощности сосредоточены за рубежом, запуск подобного производства в Ставрополье может стать значимым шагом в условиях действующих санкций и политики импортозамещения.
Сапфировые подложки являются ключевым компонентом, широко используемым в электронной промышленности. Они характеризуются высокой прочностью и термостойкостью. Их активно применяет, в частности, тайваньская компания TSMC. Apple использует сапфир для изготовления защитных стекол в iPhone и умных часах Watch. Такие стекла значительно прочнее обычных, что делает их идеальным выбором для мобильных устройств, постоянно подвергающихся механическим воздействиям.
Крупнейший мировой производитель синтетических сапфиров — российская компания «Монокристалл» (часть «Концерна энергомера»), расположенная в Белгородской области, по результатам 2022 года нарастила выручку на 17%, достигнув 6,4 млрд рублей. Этот рост обеспечен поставками кристаллов одному из ведущих китайских изготовителей сапфировых деталей для мобильной электроники.
За первые шесть месяцев 2022 года экспорт сапфиров из России вырос на 65%, составив 310 тонн. В то время как США и Южная Корея сократили закупки данного материала в нашей стране, Китай, Тайвань и европейские государства, напротив, увеличили объёмы импорта.
