© Adrian RADU 2007
 
Celule fotovoltaice pentru aplicatii spatiale.
Realizare, caracterizare si testare in fond ridicat de radiatii ionizante
Unul din domeniile prioritare ale cercetarii stiintifice mondiale il constituie descoperirea si eficientizarea de noi surse de energie. O alternativa o constituie energetica solara, pe componenta conversiei directe a energiei solare in energie electrica prin efect fotovoltaic. Eficienta de conversie a celulelor solare depinde de proprietatile electrice si optice ale materialelor semiconductoare utilizate in realizarea lor cat si de arhitectura structurii de celula proiectata, toate acestea fiind in stransa corelare cu proprietatile mediului in care sunt utilizate. In acest context cercetarile comunitatii stiintifice din domeniu sunt orientate pe realizarea si caracterizarea de noi materiale semiconductoare cu proprietati electrice si optice specifice si pe tehnologiile de design de celula care sa conduca la dispozitive optoelectronice cu performante ridicate, in regim de fotoelement, si cu pret de cost cat mai scazut. Aceste deziderate au determinat cresterea interesului in studiul straturilor subtiri din materiale semiconductoare anorganice si organice. Din prima categorie, de mare interes sunt compusii semiconductori A2-B6 in special compusii cu cadmiu (CdS, CdSe, CdTe). Heterojonctiunile bazate pe straturi subtiri de CdS, CdSe, CdTe sunt structuri promitatoare pentru realizarea unor celule solare cu eficienta de peste 17% din cauza unui gap optic potrivit (2,4 eV - 1,45 eV), a unei eficiente cuantice ridicata in spectrul solar, a absorbtiei puternice in acest domeniu si a stabilitatii ridicate. In conditiile realizarii unor straturi nanocristaline posibilitatea realizarii asa numitelor ,,bulk heterojunctions" este crescuta determinand extinderea regiunii fotoactive in intregul volum al stratului, determinand astfel cresterea eficientei celulelor.
In plus heterojonctiunile cu proprietati fotovoltaice pe baza de straturi subtiri de CdS, CdSe, CdTe pot fi folosite cu succes la realizarea celulelor solare de interes in tehnologia spatiala. Aceasta pentru ca exista tehnici de realizare a straturilor subtiri de arie mare, cu o structura morfologica adecvata, cu mare stabilitate a proprietatilor in timp, iar pretul de cost al structurilor de celula solara este scazut. De asemenea aceste structuri au marele avantaj, comparativ cu celulele solare bazate pe Siliciu monocristalin, ca au masa mult mai mica, lucru esential in tehnologiile spatiale.
Pornind de la aceste ipoteze proiectul de fata isi propune:
  • realizarea si caracterizarea straturilor subtiri CdS, CdTe si a heterojonctiunilor de tipul ITO/CdS/CdTe/M, unde ITO este un electrod din Oxid de Staniu si Indiu transparent si conductor, iar M este un electrod metalic ales astfel incat contributia interfetei CdTe/M la rezistenta serie a structurii sa fie cat mai mica posibil;
  • studiul proprietatilor electrice si optice ale straturilor componente si ale structurilor realizate inainte si dupa expunerea lor la un flux de radiatii ionizante, in vederea stabilirii efectului acestor radiatii asupra parametrilor de functionare ale celulelor - studiu foarte important in conditiile in care prin utilizarea unor lor in aplicatii spatiale, ele vor opera intr-un fond ridicat de radiatii cosmice.
Daca din punct de vedere al obtinerii unor astfel de structuri putem vorbi de o continuare a cercetarilor actuale intreprinse pe plan national si international, din punct de vedere al determinarii influentei radiatiilor ionizante asupra proprietatilor acestor structuri, cercetarile reprezinta practic un pionierat. Cu toate acestea trebuie sa subliniem inca o data importanta acestor cercetari, in vederea prezicerii comportamentului in timp al unor astfel de celule solare utilizate in aplicatii spatiale sub influenta radiatiei cosmice.
Principalele tinte pe care ni le propunem in derularea proiectului sunt: i) stabilirea conditiilor optime de obtinere si realizarea efectiva a straturilor subtiri de CdS si CdTe, pentru care datele din literatura de specialitate nu sunt unitare, ii) caracterizarea acestora si realizarea heterojonctiunilor cu proprietati fotovoltaice de tipul ITO/CdS/CdTe/M, iii) pornind de la structura radiatiei cosmice (peste 87% protoni, 12% particule a, 1% nuclee de elemente grele, etc.), ne propunem iradierea cu protoni, de diferite energii si fluente, a structurilor obtinute si, prin compararea proprietatilor acestora inainte si dupa iradiere, identificarea modificarilor induse.
Toate aceste cunostinte acumulate vor permite identificarea posibilitatilor de contracarare a efectului radiatiilor cosmice asupra celulelor solare spatiale.