Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ) завершает один из ключевых этапов высокотехнологичного проекта по конструированию и изготовлению газофазной установки на основе металлоорганических соединений (МОС). Здесь создан прототип установки МОС-гидридной эпитаксии — технологии выращивания полупроводниковых слоев из газовой фазы. На ее базе будут разрабатывать высокоэффективные солнечные элементы на сапфировых подложках для применения в космической технике.
«Проект предусматривает полный цикл создания отечественных солнечных элементов на сапфировых подложках, включая создание производственной линии. Это важный шаг к созданию современного высокотехнологического производства в Ставропольском крае. Реализация проекта создаст базу для трудоустройства высококвалифицированных специалистов, укрепит позиции региона как центра перспективных космических и энергетических технологий», — прокомментировала ректор СКФУ профессор Татьяна Шебзухова.
Сегодня в космической отрасли преимущественно используются солнечные элементы на основе кремния и арсенида галлия на германиевой подложке. Однако германий остается очень дорогим материалом. Сапфир (корунд), напротив, значительно доступнее и уже широко применяется в микроэлектронике и светодиодной технике.
Выбор сапфира в качестве подложки для космических солнечных элементов обусловлен его уникальными свойствами, отмечают ученые СКФУ. Он обладает высокой оптической прозрачностью, термической и радиационной стойкостью, меньшей плотностью по сравнению с традиционными полупроводниковыми материалами. Эти характеристики особенно важны для работы в условиях открытого космоса — при резких перепадах температур и интенсивном радиационном воздействии.
Кроме того, технология выращивания полупроводниковых плёнок на основе нитридов галлия, алюминия и индия на сапфировых подложках уже хорошо отработана в производстве светодиодов.
«Сапфировые подложки сейчас по распространенности в электронике практически догоняют кремний. Мы опираемся на уже освоенные технологии нитридной электроники, но переносим их в область космической энергетики. Наша задача — создать солнечные элементы, которые будут не только эффективными и радиационно стойкими, но и конкурентными по себестоимости», — рассказал руководитель Научно-образовательного центра фотовольтаики и нанотехнологии (НОЦ ФН) СКФУ, доктор технических наук Игорь Сысоев.
Он также отметил, что специализированные установки МОС-гидридной эпитаксии зарубежного производства стоят до 10 миллионов долларов и в нынешних условиях практически недоступны. Российские промышленные аналоги такого класса пока не выпускаются. Команда СКФУ приняла решение разработать и собрать исследовательскую установку своими силами.
Созданная в университете лабораторная установка газофазной эпитаксии отличается высокой сложностью — с точки зрения и конструкции, и системы управления технологическим процессом. Сейчас идут финальные испытания ее основных узлов и подготовка к началу полноценных исследовательских работ. На этой платформе ученые планируют отработать режимы получения активных слоев многослойных структур на основе соединений нитридов металлов, оптимальных для солнечных элементов космического назначения.
Следующий шаг проекта — разработка отечественной промышленной установки для серийного производства солнечных элементов на сапфировых подложках. Предполагается, что выпуск таких элементов будет организован на мощностях ООО «Стилсофт» (г. Ставрополь) — стратегического индустриального партнера СКФУ. Также интерес к разработке проявило НПО «Сатурн» (г. Краснодар), специализирующееся на производстве космических солнечных батарей.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
