Схема беспроводной передачи электроэнергии с помощью лазерных систем
Ученые из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург) разработали компактные фотоэлектрические преобразователи на основе арсенида галлия. Эти устройства способны генерировать электричество при воздействии лазерных лучей. Полученные приборы будут использоваться для развития технологии беспроводной передачи энергии на большие расстояния. Это упростит электроснабжение космических аппаратов и будет полезно на Земле. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале IEEE Electron Device Letters.
Уже сейчас технологии беспроводной передачи энергии используются в беспроводных зарядках для телефонов и электромобилей. Но подобные технологии могут пойти еще дальше: используя лазеры, энергию можно передавать на десятки километров. Однако для этого нужны фотоэлектрические преобразователи — устройства, трансформирующие лазерное излучение в электричество. Исследователи из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН разработали подобное устройство на основе арсенида галлия — соединения галлия с мышьяком.
«Обычные фотопреобразователи вырабатывают электричество, когда луч падает перпендикулярно их поверхности. Наша разработка отличается конструктивно, в ней свет распространяется параллельно p-n-переходу, области, которая позволяет разделять фотогенерированные частицы для появления тока. Такой подход позволяет не создавать к фотопреобразователю специальную фронтальную сетку, и производство по этой причине становится гораздо проще», — рассказал руководитель проекта, ведущий научный сотрудник лаборатории фотоэлектрических преобразователей ФТИ имени А.Ф. Иоффе РАН Владимир Петрович Хвостиков.
Фотопреобразователь, созданный российскими учеными, дешевле в производстве и эффективнее в преобразовании энергии, чем зарубежные аналоги на основе кремния. Разработка наглядно демонстрирует, что идея о беспроводной передаче энергии на большие расстояния не только технически возможна, но и может быть экономически оправдана благодаря высокой эффективности фотоэлементов.
«Нам также удалось добиться большей плотности излучения. Толщина фотоприёмного слоя в 50 микрон достаточно маленькая, однако плотность падающего излучения у нас достигает десяти киловатт на квадратный сантиметр. Это в сотни раз больше, чем у аналогов. Так что у технологии определенно есть перспектива», — дополнил В.П. Хвостиков.
В дальнейшем авторы планируют получить более сложные сборки из множества отдельных фотоэлементов, чтобы добиться, кроме эффективного преобразования лазерного излучения, высокой плотности, также напряжения в десятки вольт, необходимого для более эффективной передачи энергии потребителю.
Фото предоставлено пресс-службой Российского научного фонда. Автор: Владимир Хвостиков
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ