Аннотация результатов, полученных в 2024 году
За отчетный период (1 этап выполнения Проекта) решены следующие задачи: 1) Проведена пассивация светочувствительной поверхности германия и антимонида галлия аморфным и поликристаллическим кремнием. Экспериментально установлено, что тонкие (150-200 Å) пленки кремния не препятствуют диффузии цинка из газовой фазы в германий и антимонид галлия и позволяют получать планарный мелкозалегающий p-n-переход с высокой поверхностной концентрацией диффузанта. 2) Предложена и апробирована последовательность технологических операций, обеспечивающая формирование методом диффузии фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) с пассивированной кремнием поверхностью и ориентированных для преобразования лазерного излучения в С-диапазоне прозрачности оптоволокна. 3) Разработаны и изготовлены фотоэлектрические преобразователи на основе Ge и GaSb с пассивированным слоем кремния и площадью подвода лазерного излучения Sdia=3.14 мм2 и 6.56 мм2. В ФЭП на основе (p-n)-Ge-α-Si при длине волны падающего излучения λ=1500 нм значение спектральной фоточувствительности без учета потерь на отражение составило Sint=1.035 А/Вт. Аналогично, для преобразователей на основе антимонида галлия при пассивации поликристаллическим кремнием значения Sint достигали 0.936 А/Вт. Предложены варианты просветляющих покрытий, снижающих коэффициент отражения при рабочей длине волны лазера до R=0.014. 4) Для разработанных ФЭП формирование контакта к полупроводнику и диффузионное легирование цинком до концентраций p≥10E19 см-3 обеспечило высокие значения фактора заполнения нагрузочной характеристики: более 70% для GaSb и ~60% для Ge. При пассивации GaSb поликремнием под световыми импульсами Хе-лампы достигнуты значения напряжения холостого хода Voc ≥ 0.5 В (7-10 А/см2). В ФЭП на основе Ge и α-Si значения Voc превышают 0.3 В (7 А/см2). Предложенный способ дает возможность укоротить технологический цикл по сравнению с двухстадийной диффузией в открытую поверхность и позволяет при его доработке получать ФЭП для С-диапазона прозрачности оптоволокна с высокими значениями КПД. 5) Методом жидкофазной эпитаксии в условиях существенно неравновесного роста в совокупности с диффузией цинка из газовой фазы получены фотоэлементные гетероструктуры Ge/GaAs и изготовлены преобразователи лазерного излучения с площадью подвода излучения Sdia ~ 3.14 мм2. Определена спектральная фоточувствительность разработанных и изготовленных ФЭП. На длине волны λ=1550 нм значения SR составили 1.05 А/Вт.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
За отчетный период (2 этап выполнения Проекта) решены следующие задачи: 1. Методом жидкофазной эпитаксии в условиях низких температур / охлаждения расплавов с предельной скоростью («термоудар») в комбинации с диффузией цинка из газовой фазы получены преобразователи лазерного излучения на основе p-GaAs/p-n-Ge для длины волны λ=1550 нм. В условиях равномерной засветки при падающей плотности мощности ~10 Вт/см2 для ФЭП с площадью подвода излучения Sdia ~ 3.14 мм2 достигнут монохроматический КПД ~24.9 %. 2. Проанализирован эффект взаимной подстройки пиковой длины волны инфракрасного излучателя термофотоэлектрического генератора и спектральной чувствительности фотоэлектрических преобразователей на основе GaAs/Ge или GaSb. При одинаковой (1 Вт/см2) интегральной плотности потока поступающей на ФЭП энергии среди селективных импортных эмиттеров на основе Er2O3/Yb2O3, AlN/W, нанотекстурированного W, а также «серого» излучателя из вольфрама первые два обеспечивают наибόльший термофотоэлектрический КПД. В частности, установлено, что при облучении Ge-ФЭП инфракрасными излучателями из Er2O3/Yb2O3 и AlN достижима эффективность 15.4% и 16.5% соответственно. Для GaSb-преобразователей и указанных излучателей наибольший КПД составил 25% и 24.1%. Оценка в предположении 100% рекуперации отраженного от образца излучения дает следующие величины КПД: 18.3% (8 Вт/см2) для GaAs/Ge и 26.8% (8.3 Вт/см2) для GaSb (селективный эмиттер из AlN/W). 3. Исследовано поведение германиевых преобразователей с широкозонным окном GaAs под «черным» излучателем на основе SiC (высокотемпературным источником тепла глобар). Показано, что рабочие температуры эмиттера Т~1400 оС не приводят к его заметной деградации и обеспечивают выходную мощность ФЭП ~25 мВт. 4. Исследованы принципы построения террасированных фотоэлектрических модулей на основе GaSb. Для этих целей: - разработаны и изготовлены варианты несущих керамических террасированных оснований; - разработаны и изготовлены варианты несущих металлических террасированных оснований, апробированы варианты изоляции посадочных мест ФЭП за счет осаждения диэлектрических пленок и установки дополнительных керамических прокладок; - изготовлены ФЭП на основе GaSb с размерами 4 мм х 4 мм, 8.7 мм х 9 мм; - проведено тестирование ФЭП под импульсной ксеноновой лампой и подбор образцов с близкими параметрами для сборки в модуль; - отработана пайка ФЭП низкотемпературными припоями и способы их монтажа (одностадийного, без повторного нагрева) в модуль; - рассмотрены варианты взаимного расположения ФЭП в модуле (параллельно поверхности земли и под углом к падающему излучению); - c использованием shingling-концепции по последовательно-параллельной схеме собраны макеты террасированных фотоэлектрических модулей на основе GаSb, различающиеся несущим/теплоотводящим основанием, геометрией/размерами ФЭП, их расположением и количеством; - определен оптимальный вариант конструкции террасированного модуля, даны рекомендации по его изготовлению; - выполнено тестирование изготовленных террасированных модулей. Для оптимизированного варианта из четырех ФЭП, собранного по последовательно-параллельной схеме 2x2 с суммарной площадью подвода излучения Sdia=2.55 см2 при равномерной засветке импульсной ксеноновой лампой и мощности 1.7 Вт достигнут монохроматический (λ=1550 нм) КПД η = 26.0%. Для высоких уровнях засветки (6.4 Вт) мощность в точке оптимальной нагрузки составляет более 1.3 Вт. 5. Проведено тестирование узкополосных ФЭП на основе p-GaAs/p-n-Ge под неравномерным лазерным излучением с λ=1550 нм. Использовался импульсный лазер с длительностью импульса 0.5 мс и длительностью паузы 4.5 мс. При подводе излучения к образцу по оптоволокну с диаметром 600 мкм и плотности мощности 4.2 Вт/см2 зарегистрирован КПД η = 21.9%.