Высокоэффективные фотоэлектрические преобразователи мощного лазерного излучения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Фотоэлектрическое преобразование лазерного излучения нашло широкое применение в волоконно-оптических линиях связи. Передача энергии по лазерному лучу также актуальна для систем дистанционного энергопитания на Земле и в космосе. Данные системы могут найти применение для подпитки беспилотных летательных аппаратов, для передачи лазерной энергии между космическими аппаратами и с космических солнечных батарей на Землю. Одной из главных задач при создании таких систем является обеспечение высокой эффективности фотоэлектрических преобразователей при повышенной мощности (более 100 Вт/см2) лазерного излучения. Представлены результаты исследований и разработок фотоэлектрических преобразователей мощного лазерного излучения на основе наногетероструктур, полученных методом МОС-гидридной эпитаксии. Повышение КПД достигнуто путем встраивания в структуру тыльного комбинированного отражателя «диэлектрик-серебро». Увеличение генерируемого напряжения достигнуто путем смещения области объемного заряда в широкозонный слой p-GaAs-n-AlxGa1-xAs гетероперехода. Благодаря дополнительному снижению омических потерь достигнуты значения КПД > 60 % при мощности лазерного излучения (λ = 860 нм) в диапазоне 50-400 Вт/см2.

Об авторах

Вячеслав Михайлович Андреев

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vmandreev@mail.ioffe.ru
ORCID iD: 0000-0001-9927-3719
SPIN-код: 8199-5248

доктор технических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник лаборатории фотоэлектрических преобразователей

Санкт-Петербург, Россия

Николай Александрович Калюжный

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Email: Nickk@mail.ioffe.ru
ORCID iD: 0000-0001-8443-4663
SPIN-код: 2106-9180

кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией наногетероструктурных излучателей и фотоприемников

Санкт-Петербург, Россия

Александра Вячеславовна Малевская

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Email: amalevskaya@mail.ioffe.ru
ORCID iD: 0000-0003-4018-6631

научный сотрудник лаборатории наногетероструктурных излучателей и фотоприемников

Санкт-Петербург, Россия

Мария Валерьевна Нахимович

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Email: NMar@mail.ioffe.ru
ORCID iD: 0009-0005-4371-1077

научный сотрудник лаборатории фотоэлектрических преобразователей

Санкт-Петербург, Россия

Максим Зиновьевич Шварц

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Email: shvarts@scell.ioffe.ru
ORCID iD: 0000-0002-2230-7770
SPIN-код: 6900-3137

кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией фотоэлектрических преобразователей

Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

  1. Andreev VM, Grilikhes VA, Rumyantsev VD.Photovoltaic Conversion of Concentrated Sunlight (monograph). John Wiley Publ.; 1997.
  2. Alferov ZhI, Andreev VM, Rumyantsev VD. III-V heterostructures in photovoltaics. Concentrator Photovoltaics. Springer Series in Optical Sciences. 2007; 130:25-50. https://doi.org/10.1007/978-3-540-68798-6_2
  3. Alferov ZhI, Andreev VM, Rumyantsev VD. III- V solar cells and concentrator arrays. High-Efficient Low-Cost Photovoltaics, Springer Series in Optical Sciences. 2008;140:101-141. https://doi.org/10.1007/978-3-540-79359-5_8
  4. Alferov ZhI, Andreev VM, Shvarts MZ. III-V Solar Cells and Concentrator Arrays. High-Efficient Low-Cost Photovoltaics. Recent Developments. Springer Series in Optical Sciences. 2020;140:133-174. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22864-4_8
  5. Iles PA. Non-solar photovoltaic cells. IEEE Conference on Photovoltaic Specialists, Kissimmee, FL, USA, 1990;(1):420-425. https://doi.org/10.1109/PVSC.1990.111659
  6. Olsen LC, Huber DA, Dunham G, Addis FW,Anheier N. High efficiency monochromatic GaAs solar cells. Proceedings of 22nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Las Vegas, NV, USA. 1991;(1):419-424. https://doi.org/10.1109/PVSC.1991.169250
  7. Howell JT, O’Neill MJ, Fork RL. Advanced receiver/converter experiments for laser wireless power transmission. In: Proc. 5th Wireless Power Transmission Conf. together with 4th Intern. Conf. on Solar Power from Space. Granada, Spain, 2004. p. 187-194.
  8. Schubert J, Oliva E, Dimroth F, Guter W, Loeckenhoff R, Bett AW. High-voltage GaAs photovoltaic laser power converters. IEEE Transactions of electron devices. 2009;56(2):170-175.
  9. Helmers H, Bett AW. Photovoltaic laser power converters for wireless optical power supply of sensor systems. IEEE International Conference on Wireless for Space and Extreme Environments (WiSEE). 2016. https://doi.org/10.1109/WiSEE.2016.7877321
  10. Jarvis S.D., Mukherjee J., Perren M., Sweeney S.J. Development and characterisation of laser power converters for optical power transfer applications. IET Optoelectron. 2014;8(2):64. https://doi.org/10.1049/iet-opt.2013.0066
  11. Kimovec R, Helmers H, Bett AW, Topic M. Comprehensive electrical loss analysis of monolithic interconnected multi-segment laser power converters. Progress in Photovoltaics Research and Application. 2019;27(3):199-209. https://doi.org/10.1002/pip.3075
  12. Mukherjee J, Jarvis S, Perren M, Sweeney SJ. Efficiency limits of laser power converters for optical power transfer applications. Journal of Physics D: Applied Physics. 2013;46(26):264006. https://doi.org/10.1088/0022-3727/46/26/264006
  13. Andreev V, Khvostikov V, Kalinovsky V, Lantratov V, Grilikhes V, Rumyantsev V, Shvarts M, Fokanov V, Pavlov A. High current density GaAs and GaSb photovoltaic cells for laser power beaming. Proc. 3rd World Conf. on Photovoltaic Energy Conversion (Osaka). 2003:3P-B5-33.
  14. Klinger S, Vogel W, Berroth M, Kaschel M. Ge on Si p-i-n photodetectors with 40 GHz bandwidth. 5th IEEE International Conference on Group IV Photonics, Sorrento, Italy. 2008:188-190. https://doi.org/10.1109/GROUP4.2008.4638140
  15. Piels M, Bowers JE. 40 GHz Si/Ge uni-traveling carrier waveguide photodiode. Lightwave Technology. 2014;32(20):3502-3508. https://doi.org/10.1109/JLT.2014.2310780
  16. Kalyuzhnyy NA, Emelyanov VM, Evstropov VV, Mintairov SA, Mintairov MA, Nahimovich MV, Salii RA, Shvarts MZ. Optimization of photoelectric parameters of InGaAs metamorphic laser (λ = 1064 nm) power converters with over 50 % efficiency. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2020;217:110710. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2020.110710
  17. Kalyuzhnyy NA, Emelyanov VM, Mintairov SA, Nahimovich MV, Salii RA, Shvarts MZ. InGaAs metamorphic laser power converters with distributed Bragg reflector for wavelength range lambda=1-1.1 mum. AIP Conference Proceedings. 2020;2298(1):030001. https://doi.org/10.1063/5.0032903
  18. Kim Y, Shin H-B, Lee W-H, Jung SH, Kim CZ, Kim H, Lee YT, Kang HK. 1080 nm InGaAs laser power converters grown by MOCVD using InAlGaAs metamorphic buffer layers. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2019;200:109984. https://doi.org/10.1016/j.solmat. 2019.109984
  19. Oliva E, Dimroth E, Bett AW. GaAs converters for high power densities of laser illumination. Progress in Photovoltaics. Research and Applications. 2008; 16:289-295. https://doi.org/10.1002/pip.811
  20. Panchak AN, Pokrovskiy PV, Malevskiy DA, Larionov VR, Shvarts MZ. High-Efficiency Conversion of High-Power-Density Laser Radiation. Technical Physics Letters. 2019;45(1):24-26. https://doi.org/10.1134/S1063785019010310
  21. Khvostikov VP, Kalyuzhnyy NA, Mintairov SA, Sorokina SV, Potapovich NS, Emelyanov VM, Timoshina NKh, Andreev VM. Photovoltaic Laser-Power Converter Based on AlGaAs/GaAs Heterostructures. Semiconductors. 2016;50(9):1220-1224. https://doi.org/10.1134/S1063782616090128
  22. Helmers H, Lopez E, Höhn O, Lackner D, Schön J, Schauerte M, Schachtner M, Dimroth F, Bett AW. 68.9 % Efficient GaAs-Based Photonic Power Conversion Enabled by Photon Recycling and Optical Resonance. Phys. Status Solidi RRL. 2021;2100113. https://doi.org/10.1002/pssr.202100113
  23. Beattie MN, Helmers H, Forcade GP, Valdivia CE, Höhn O, Hinzer K. InP- and GaAs-Based Photonic Power Converters Under O-Band Laser Illumination: Performance Analysis and Comparison. IEEE Journal of Photovoltaics. 2023;13(1):113-121.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».