ход не может быть использован в устройствах больших мошностей, так ка термобатареи генератора имеют большое внутреннее сопротивление и ряд других недостатков, препятствуюших их широкому распространению.

Более просто непосредственное преобразование энергии солнечных лучей в электрическую осуществляется

Солнечный, свет

Рис. 7.7. Схема кремниевого фотодиода.

; -р-кремнии; 2 -/г-р - переход; 5 - njiaciHiia rt-кремния.

фотоэлектрическим методом. Энергетические установки, реализующие этот метбд, просты по устройству, имеют малые массу и габариты и поэтому находят широкое применение в качестве источников электрической энергии.

Наибольшее распространение получили кремниевые солнечные батареи, так как спектральная характеристика поглощения кремния хорошо согласуется со спектральной характеристикой солнечного излучения. Основной частью солнечной батареи является кремниевый фотодиод (рнс. 7.7).

На поверхность пластины, представляющей собой монокристалл п-кремния, вносится присадка, сообщающая кремнию р-проводимость. В результате на заданной глубине формируется п-р переход. Поглощение солнечного света сопровождается появлением избыточных носителей как электронов, так и дырок. Потенциальный барьер, возникающий в п-р переходе, приводит к разделению избыточных зарядов. В области р сосредоточиваются избыточные дырки, а в области п - избыточные электроны. Таким образом, при освещении фотодиода солнечным светом в слое р-типа накапливается положительный заряд, а в слое п-типа - отрицательный. ЭДС, создаваемая фотодиодом, зависит от мощности поглощаемого света и от тока его нагрузки.

Выпускаемые промышленностью кремниевые фотодиоды при излучении с плотностью 1 кВт/м создают ток короткого замыкания с плотностью 20-25 мА/см2, а напряжение холостого хода 0,5-0,55 В. Фотодиоды, используемые для солнечных батарей, выпускают hihmo-угольной и шестигранной формы. Прямоугольная а шестигранная пластины обеспечивают простое объедикс ние их в батарею.

Солнечные батареи включают в себя большое число параллельно и последовательно включенных фотодиодов.

Коэффициент полезного действия солнечных батарей составляет 5 - 8%. Это связано с тем, что не вся поверхность батареи является светочувствительной. Поскольку КПД преобразования света равен приблизительно 10%, то с каждого квадратного метра активной поверхности солнечной батареи невозможно получить мощность, превышающую 100 Вт.

Серьезны.м недостатком солнечных батарей является их чувствительность к проникающей радиации. При облучении солнечной батареи потоком проникающей радиации резко сокращается время жизни носителей, что приводит к уменьшению ее выходного тока.

Солнечные батареи, работающие в буфере с никель-кадмиевыми аккумуляторами, имеют удельные мощно-стные характеристики от 1,1 до 2,2 Вт/кг. Эти характеристики значительно хуже, чем у химических источников тока. Однако большой срок службы солнечных батарей дает им предпочтение при питании радиотехнической и телеметрической аппаратуры на спутниках связи н на автоматических межпланетных станциях.

7.7. АТОМНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

В настоящее время находят применение атомные элементы, конструкция которых различна в зависимости от принципа их действия.

В элементах, использующих р-излучение, на одном из электродов элемента (внутреннем) помещается радиоактивный изотоп (стронций-90). Вторым электродом является металлическая оболочка. Между электродами находится твердый диэлектрик (например, полистирол) или они размещаются в вакууме. Под действием р-лучей на электродах создаются электрические заряды. Напря-

жение в таких элементах может достигать нескольких киловольт, а внутреннее сопротивление очень велико (порядка Ом). Сила разрядного тока не превышает ! мкА (при большей силе тока возникает опасность из-за радиации). Срок службы таких элементов очень велик. Положительным полюсом такого элемента является проволока из монель-металла, находящаяся в контакте с источником излучения (препарат стронция-90), а отрицательным полюсом - корпус, соединенный со свинцовым экраном.

В элементах, использующих контактную разность потенциалов, применяются электроды в виде пластинок из различных материалов. Одна из пластин покрыта двуокисью свинца, другая изготовлена из алюминия. Между электродами находится смесь инертного газа (аргона, криптона и т.д.) и радиоактивного трития. Под действием излучения происходит образование ионных пар. Напряжение между электродами определяется контактной разностью потенциалов. Под действием этого напряжения положительно и отрицательно заряженные ионы перемещаются к электродам. Такие элементы имеют следующие данные: ЭДС 1 -1,9 В, внутреннее сопротивление 10-10 Ом, сила разрядного тока 10-10 - ю-ч А. Коэффициент полезного действия таких элементов менее 1 %

В элементах с облучаемыми полупроводниками радиоактивное вещество наносится на поверхность полупроводника (кремния). Излучаемые электроны, имеющие большую скорость, выбивают из атомов полупроводника большое количество электронов, обладающих малым запасом энергии. В результате односторонней проводимости между полупроводником и коллектором, приваренным к нему, возникает небольшая ЭДС (несколько десятых долей вольта). Внутреннее сопротивление таких элементов 100-1000 Ом и КПД может достигать нескольких процентов. Недостатком их является малый срок службы вследствие разрушения полупроводника под действием радиации.

В фотоэлектрических атомных элементах используется процесс перехода энергии ядерного превращения в световую энергию, которая затем с помощью фотоэлементов преобразуется в электрическую.