Технический прогресс и экономика (стр. 8 )

В качестве примера на рис. 5 приведен результат измерений одного из образцов (стекло CMG, плотность тока при облучении J  = 80 нА/см2).

Рис. 5. Коэффициент пропускания стекла CMG, измеренный на разных участках образца.

Для данного образца выявлено, что в области кратеров и разрядных каналов пропускание снижается на 11 - 16 % в узкой области длин волн в ультрафиолетовой части спектра, в начале видимой области (вплоть до 600 нм) снижение коэффициента пропускания лежит в пределах от 2 до 8 %, и далее составляет не более 1 %.

Общий характер изменения коэффициента пропускания на участках с кратерами и на «чистом» стекле типичен для обоих типов стеклянных пластин, облученных при разных плотностях тока. При этом интегральное снижение коэффициента пропускания после облучения составляет 2 % для стекла K-208 и менее 1 % для стекла CMG.

Было исследовано изменение вольт-амперных характеристик образцов ФП3П в зависимости от количества возникших в образцах электрических разрядов при облучении ФП3П электронами с энергией 30 кэВ как с лицевой, так и с тыльной сторон при различных плотностях тока первичных электронов.

Результаты измерений показали, что при облучении с тыльной стороны изменений электрических параметров образцов не происходило вплоть до 100 разрядов. При J = 66 нА/см2 и 100 разрядах наблюдалось лишь незначительное изменение рабочего тока порядка 1 % при рабочем напряжении.

При облучении с лицевой стороны ухудшения электрических параметров образцов не наблюдалось при воздействии до 70 разрядов. Небольшое изменение рабочего тока, равное 1,3 %, и напряжения холостого хода, равное 0,6 %, было зафиксировано после 70 разрядов (J = 15 нА/см2). После облучения фрагмента СБ электронами  с  энергией  40 кэВ  и  J = 100 нА/см2, рабочий ток изменился в пределах 4 %, что можно объяснить превышением J на 2 порядка по сравнению с космосом.

Однако  при  воздействии  на лицевую сторону образца ФП3П 120 разрядов при J = 15 нА/см2 произошло значительное (до 12 %) ухудшение рабочего тока. Остальные характеристики изменились незначительно: ток короткого замыкания на 0,7 %, напряжение холостого хода на 1,3 %. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) данного образца до и после облучения приведены на рис. 6.

Рис. 6. Вольт-амперные характеристики образца ФП3П.

Исследование лицевой поверхности образца ФП3П с помощью микроскопа выявило следующую картину разрядных каналов в защитном стекле CMG: наличие большого количества горизонтальных разрядных каналов при малом (2 - 3) числе кратеров на поверхности стекла (рис. 7). Один из кратеров, самый крупный, имел размеры 450 х 150 мкм, глубину порядка 100 мкм и площадь 0,04 мм2. На рис. 7 видно, что от кратера отходят две вертикальные глубокие трещины, доходящие до краев ФП3П, и еще три зародыша трещин. В месте пересечения верхней трещины с контактной сеткой образца произошло разрушение материала контакта.

Таким образом, поскольку глубина кратера соизмерима с толщиной ЗСП, наблюдаемое существенное ухудшение ВАХ ФП3П (рис. 6) можно объяснить в основном повреждением p-n-переходов множественными ЭСР. Повреждение контакт-ной сетки также может внести свой вклад в изменение ВАХ, о чем свидетельствует небольшое уменьшение напряжения холостого хода.

 

Как было показано выше, интегральное пропускания стекла CMG в результате воздействия ЭСР уменьшается в среднем на 1 %, поэтому вклад оптической деградации в общее ухудшение ВАХ рассматриваемого образца невелик. Характер изменения спектральной характеристики образца подтверждает наше предположение о повреждении всех трех p-n-переходов образца.

Так, из спектральной зависимости внешнего квантового выхода (рис. 8) следует, что ухудшились свойства всех трех переходов ФП, особенно резко у третьего перехода. Изменение плотности фототока верхнего перехода составляло 7 %, среднего 7,5 %, а нижнего 49 %, что свидетельствует о повреждении p-n переходов в локальных участках.

Необходимо подчеркнуть, что последние данные получены в лабораторных условиях при плотностях электронного тока, значительно (в 15 раз) превышающих реальные значения в горячей магнитосферной плазме. Поэтому их следует рассматри-вать как предельные оценки для «наихудшего» случая наземного моделирования.

Несмотря на фактически полную деградацию нижнего германиевого перехода, фотопреобразователь остается в рабочем состоянии. Это объясняется тем, что вклад фототока германиевого перехода в общий фототок ФП очень мал (рис. 9), поэтому после деградации нижнего перехода фотопреобразователь работает как двухпереход-ный. В этом состоит огромное преимущество ФП3П перед кремниевыми однопереход-ными фотопреобразователями.

Результаты исследования возможности возникновения внутренних ЭСР в условиях воздействия электронов ЕРПЗ

В процессе облучения образцов с помощью акустических и электромагнитных сенсоров, располагавшихся вблизи образцов, было зафиксировано возникновение внутренних ЭСР (ВЭСР). Исследование облученных образцов показало, что все зафиксированные ЭСР происходили только в контрольных образцах большой толщины.

Рис. 10. Разрядные фигуры в круглом контрольном стеклянном образце.

Один из примеров возникновения разрядов в круглом контрольном образце представлен на рис. 10, где показаны разрядные фигуры при различных условиях освещения образца.

На рис. 11 показаны различные случаи возникновения разрядов в контрольных образцах кубической формы. Видно, что разрядные фигуры отличаются формой и степенью ветвления каналов. Эти характеристики разрядов влияют на оптические и механические свойства образцов.

На облучавшихся в описанных условиях образцах ФП возникновение ВЭСР не было зарегистрировано даже при пониженных температурах. При этом, как уже указывалось выше, образцы ЗСП облучались даже при температуре жидкого азота, что, согласно имеющимся данным, увеличивает значение накопленного заряда в несколько раз. И в этом случае возникновение ВЭСР в стеклах не было зарегистрировано.

Рис. 11. Разрядные каналы в контрольных стеклянных образцах кубической формы.

Контрольные  фотографии  поверхности облучавшихся ФП представлены на рис. 12. Видно, что на поверхности просматриваются технологические дефекты различной формы, однако характерные разрядные фигуры не наблюдаются. Исследование необлученных ФП показало, что на их поверхности имеются аналогичные исходные дефекты.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что эффекты объемной электризации под действием электронов ЕРПЗ не приводят к возникновению электроразрядных явлений в исследуемых образцах ФП3П и ЗСП.

Выводы

При значениях плотности тока электронного пучка J = 0,1 - 1 нА/см2, соответ-ствующих реальным параметрам горячей плазмы в области геостационарной орбиты, электрические разряды в исследуемых образцах не возникали. Разряды в стеклянных пластинах появлялись при значениях J от 5 - 13,5 нА/см2 и более и не изменяли интегрального коэффициента пропускания более чем на 2 % для стекла К-208 и 1 % для стекла CMG. Для стекла CMG определены следующие преимущества по сравнению со стеклом К-208:

более высокий порог возникновения ЭСР, меньшая частота следования разрядов, меньшая оптическая деградация.

Эффекты поверхностной электризации и связанные с ними электростатические разряды ухудшали рабочий ток ФП3П в среднем на 1 %. При воздействии электронов ЕРПЗ на все образцы ФП3П и защитные стекла не было зафиксировано возникновение объемных ЭСР. На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что при воздействии внешних и внутренних ЭСР на трехпереходные фотопреобразователи с защитными стеклами они сохраняют свою работоспособность в течение всего срока активного существования.

Литература

1. , , Космическая электроэнергетика сегодня и завтра. Известия Академии Наук, Энергетика, № 5, 2001, с. 3-16.

2. Fodor J. S., Gelb S. W., Maassarani Z.,Powe J. S., Schwartz J. A. Analysis of Triple Junction Solar Arrays After Three Years in Orbit. 4th WCPEC, May 7-12, 2006, Hawaii. Proc. pp. 1955 - 1958.

3. Модель космоса, 8-е издание,  т. 2, Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов. Под ред. проф. . М.: КДУ, 2007, 1143 с.

4. Проблемы электризации солнечных батарей космических аппаратов. Космонавтика и ракетостроение № 1 (30), 2008, с. 43 - 5.

5. Моделирование электризации  космических аппаратов в лабораторных условиях. В кн. Модель космоса, т.2, Воздействие космической среды на материалы и оборудование  космических  аппаратов. Под ред. проф. . М.: КДУ, 2007, с. 767-780.

6. Функционирование солнечных батарей в космической среде. В кн. Модель космоса, т. 2, Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов. Под ред. проф. . М.: КДУ, 2007, с. 561-594.

_________?_________

       ПРОБЛЕМЫ, ПОИСКИ, РЕШЕНИЯ        

проблемы, Успехи и перспективы развития фотоэнергетики

НПП "Квант"

•

Фотоэнергегетика заняла прочное и важное место в автономной электроэнер-гетике и, несомненно, будет вносить все более весомый вклад в общую энергетику.