Российские исследователи разработали установку для изготовления фотоэлементов космических солнечных батарей на основе сапфировых пластин. Их эффективность превзойдет нынешние аналоги, а цена окажется меньше.
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 среды с целью создания солнечных элементов на сапфировой основе.
Если раньше для этого применяли кремний, а затем подложки из арсенида галлия, то использование сапфира поднимет коэффициент полезного действия до 30%. Это не только уменьшит зависимость России в выпуске спутниковых фотоэлектрических панелей, но и усилит её позиции в глобальной конкуренции.
На опытной установке будут изготовлены первые пробные образцы. Масштабировать данную технологию университету поможет компания «Стилсофт».
Сапфир отличается стойкостью к экстремальным температурам и космической радиации, а также высокой оптической прозрачностью в спектре от ультрафиолета до инфракрасных лучей. Его плотность вдвое ниже, чем у германия, что позволяет уменьшить массу батарей.
Суть идеи ученых, как отмечено на сайте СКФУ, состоит в том, что солнечный свет, падающий на устройство, будет сразу проникать сквозь сапфировую подложку. Таким образом, элемент будущей батареи окажется как бы «вывернутым наизнанку».
По словам директора научно-образовательного центра фотовольтаики и нанотехнологий СКФУ Игоря Сысоева, отечественные наработки позволят в десятки раз сократить стоимость производства компонентов для солнечных батарей.
По информации представителей СКФУ, на январь 2025 года в России работало лишь два предприятия, выпускающих космические фотоэлектрические панели — в Московской области и Краснодарском крае. Поскольку основные производственные мощности расположены за рубежом, организация такого производства на Ставрополье может стать значимым шагом в условиях санкций и политики импортозамещения, подчеркнули в вузе.
Сапфировые подложки — это критически важный компонент, используемый в электронной промышленности. Они обладают высокой прочностью и термостойкостью. Их, например, активно применяет тайваньская компания TSMC. Apple задействует их при изготовлении стёкол для iPhone и умных часов Watch. Сапфировые стёкла прочнее обычных, что делает их более предпочтительными для мобильных устройств, постоянно испытывающих внешние воздействия.
Российское предприятие «Монокристалл», входящее в «Концерн энергомера» и расположенное в Белгородской области, является одним из мировых лидеров по выпуску искусственных сапфиров. По результатам 2022 года его выручка выросла на 17%, достигнув 6,4 млрд рублей. Этот рост обеспечен поставками кристаллов крупному китайскому производителю компонентов из сапфира для мобильной индустрии.
За первые шесть месяцев 2022 года экспорт сапфиров из России возрос 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, нарастили объёмы импорта.
