Получение кремниевых фотопреобразователей

Eсли испoльзoвaть прямoугoльную щeль, тo мoжнo пoлучить кристaлл в видe длиннoй тoнкoй лeнты. Oни экoлoгичeски чисты, дoлгoвeчны, прoсты в эксплуaтaции, сoвeршeннo aвтoнoмны, нe связaны с пoдвeдeниeм кoммуникaций и мoгут дaвaть элeктрoэнeргию практически в любом месте. После выполнения всех операций безвозвратно теряется около 80% исходного материала. В растущей ленте практически нет внутренних механических напряжений, а значит, она обладает хорошими физическими характеристиками. По этому способу выращивание ленты кремния происходит на специальной подложке из углеграфитовой ткани. К тому же нужно учесть, что кристаллический кремний обладает высокой твердостью, его приходится обрабатывать дорогостоящим алмазным инструментом, что требует больших затрат энергии и труда. Рост их производства сдерживается в первую очередь из-за высокой стоимости готового фотопреобразователя, значительную часть которой (больше половины) составляет стоимость заготовки из полупроводникового кремния. Солнечные батареи пробуют использовать в качестве источников энергии в электронных часах, микрокалькуляторах, транзисторных приемниках и переносных телевизорах. Наконец, эти батареи найдут широкое применение в сельском хозяйстве, прежде всего в тех районах, где нужно снабжать энергией большую территорию с малой плотностью нагрузок (несколько киловатт на квадратный километр). Лента шириной 15 см будет производиться со скоростью несколько сантиметров в минуту. Кремний — самый распространенный элемент на земле после кислорода, причем имеются месторождения кварцевого песка очень высокой чистоты, извлекать из которого кристаллический кремний можно без особого труда. Такой слой можно получить, если затвердевание расплава по аналогии с методом Степанова будет происходить в районе мениска. Один из самых привлекательных способов использования солнечной энергии — непосредственное превращение ее в электрическую в полупроводниковых фотопреобразователях (солнечных батареях). Профиль растущего кристалла задается специальным формообразователем — пластиной с отверстием нужной формы, смачиваемой расплавленным кремнием. Современная технология изготовления кремниевых пластин включает резку цилиндрического кристалла на диски, их последующую шлифовку и полировку, раскрой на заготовки для фотопреобразователей. Но при больших размерах формообразователя мениск расплавленного кремния становится неустойчивым, и потому метод Степанова позволяет получать ленты шириной не более нескольких сантиметров. Они эффективны, в частности, в системах ирригации и водоснабжения, где задача аккумулирования энергии решается очень просто — созданием запаса воды. Это серьезный недостаток, так как ограничивается производительность установок. Он получил название «кремний на ткани» — КНТ. Сейчас создается первая промышленная установка для получения кремния по КНТ-способу. Электростанции с бензиновыми и дизельными двигателями не всегда эффективны, ибо требуют периодической доставки горючего в отдаленные и труднодоступные районы, и поэтому уже сегодня фотопреобразователи могут успешно конкурировать с ними. Все это делает солнечные батареи незаменимыми для питания отдельных относительно маломощных потребителей — осветительных приборов, бакенов, маяков, различных устройств связи в редконаселенной местности. Степановым. В. Производительность установок и качество ленты зависят в первую очередь от структуры углеткани, идущей на подложку. Поэтому в последние годы резко возрос интерес к выращиванию кристаллов кремния в виде тонких лент, которые можно непосредственно использовать для производства фотопреобразователей. При пропитывании углеткани кремнием часть углерода вступает с ним в реакцию с образованием карбида кремния, и в результате получается композиционный кремний-углеродный материал, что придает ему ряд полезных свойств. Чтобы полученный материал можно было использовать для производства солнечных батарей, он должен иметь слой чистого кремния толщиной не менее 0,1 мм. Дальнейшее совершенствование КНТ-процесса может привести к заметному снижению стоимости полупроводниковых фотопреобразователей и тем самым расширит масштабы практического использования солнечной энергии. В частности, совместно с научно-производственным объединением «Квант» здесь разработан новый перспективный способ получения кремниевых фотопреобразователей.