Название:Фотоэлектрические преобразователи мощного лазерного излучения с вертикальным p/n переходом на основе AlGaAs
Грантодатель:Гранты РНФ
Область знаний:09 - Инженерные науки, 09-402 - Гидроэнергетика, новые и возобновляемые источники энергии
Ключевые слова:фотоэлектрический преобразователь, лазерное излучение, КПД, эпитаксия, беспроводная передача энергии
Тип:исследовательский
Руководитель(и):Хвостиков,ВП
Подразделения:
Код проекта:22-19-00057

Проект направлен на решение задачи высокоэффективной передачи энергии и информации по лазерному лучу. Все эти задачи являются актуальными и насущными, т.к. их решение необходимо как для дальнейшего освоения и использования космоса (создания систем беспроводного получения электроэнергии удаленным приемником: электропитания космических аппаратов), так и для решения наземных информационно-энергетических задач, в том числе обеспечение электропитания робототехнических устройств, беспилотников, телекоммуникационного оборудования и т. д. При этом в качестве среды передачи может использоваться либо открытое пространство, либо оптическое волокно. Достоинствами оптического метода энергоснабжения являются обеспечение идеальной гальванической развязки между генератором и потребителем энергии, устойчивость к электромагнитным помехам в радиодиапазоне, а также отсутствие помех, создаваемых линией передачи. Особый интерес представляет диапазон длин волн лазерного излучения от 0.76 – 0.86 мкм, попадающий в большое окно прозрачности земной атмосферы, а также в первое окно прозрачности оптического волокна. К настоящему времени на этих длинах волн созданы высокоэффективные лазеры различных типов (полупроводниковые, твердотельные). Главной проблемой во всех случаях является обеспечение достаточно высокой эффективности фотоэлектрического преобразования падающего лазерного излучения, особенно с возрастанием его мощности.

Задачей проекта является разработка, создание и исследование гетероструктурных фотопреобразователей потоков интенсивного лазерного излучения для приема и преобразования энергии в системах лучевой энергетики, повышения эффективности энергоснабжения наземных и космических объектов. Для достижения этой цели предполагается разработка и создание высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей на основе AlGaAs/GaAs соединений, рассчитанных на предельно высокую плотность мощности лазерного излучения в диапазоне длин волн 0.76 – 0.86 мкм.

Основной задачей проекта является создание и исследование нового класса фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе AlGaAs/GaAs гетероструктур с вертикальным p/n переходом, с "торцевым" вводом лазерного излучения, что должно позволить эффективно преобразовывать предельные плотности мощности лазерного излучения (1Е+5 - 1Е+6 Вт/см2).

Актуальной также является разработка и создание информационных систем на основе AlGaAs/GaAs фотоэлектрических преобразователей с "торцевым" вводом лазерного излучения, позволяющих в то же время обеспечивать прием и преобразование в электроэнергию потоков лазерного излучения.

Инновационная составляющая проекта обусловлена также разработкой метода жидкофазной эпитаксии для решения задачи создания фотопреобразователей на основе AlGaAs/GaAs гетероструктур с волноводным градиентным слоем AlGaAs толщиной до 100 мкм c "торцевым" вводом лазерного излучения для диапазона длин волн 0.76 – 0.86 мкм с различной шириной запрещенной зоны в области p/n перехода, оптическое поглощение в которых согласовано с длиной волны лазерного излучения. При выполнении проекта будут созданы математические модели, позволяющие минимизировать омические и оптические потери фотопреобразователя , будут проведены работы по выбору наиболее перспективной конструкции фотопреобразователя, исследовано влияние на эффективность преобразования лазерного излучения геометрии прибора, уровней легирования, толщин слоев и их составов, будут выполнены исследования механизма прохождения тока.

В целом результаты, полученные при выполнении проекта внесут существенный вклад в решение задачи создания систем беспроводной передачи электрической энергии и информации на Земле и в космосе, основной проблемой которой является обеспечение достаточно высокой эффективности фотоэлектрического преобразования излучения высокой плотности.