Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии вакуумного осаждения для серийного производства гибких фотоэлектрических модулей на основе сульфида и теллурида кадмия

Номер контракта: 14.607.21.0137

Руководитель: Крюков Юрий Алексеевич

Должность: Проректор по информатизации и инновационной деятельности Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московской области «Международный университет природы

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
гибкий фотоэлектрических преобразователь, фотоэлектрический модуль, сульфид кадмия, теллурид кадмия, полиимидная пленка, коэффициент полезного действия, приведенная электрическая мощность, гетеросистема, метод нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе, метод конденсации в квазизамкнутом объеме, атвтоматизированная установка

Цель проекта:
Цели проекта: 1. Разработка технологии вакуумного осаждения методами конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе экспериментальных образцов гибких пленочных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе сульфида (CdS) и теллурида (CdTe) кадмия. 2. Разработка технологии изготовления гибких фотоэлектрических модулей (ФЭМ). 3. Разработка экспериментального образца автоматизированной вакуумной установки для изготовления базовой гетеросистемы на основе сульфида и теллурида кадмия на гибкой термостабильной полиимидной пленке методом конденсации из квазизамкнутого объема. 4. Разработка экспериментального образца автоматизированной вакуумной установки для изготовления базовой гетеросистемы на основе сульфида и теллурида кадмия на гибкой термостабильной полиимидной пленке методом нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе. Задачи проекта: 1. Разработка оптимального конструктивно-технологического решения (КТР) ФЭП на основе гетеросистемы сульфида и теллурида кадмия на гибкой полиимидной пленке с помощью вакуумных технологий конденсации в квазизамкнутом объеме и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе. 2. Проведение испытаний экспериментального образца гибкого ФЭП на основе CdS/CdTe на стабильность, долговечность и радиационную стойкость. 3. Разработка КТР гибкого ФЭМ на основе сульфида и теллурида кадмия. 4. Разработка оригинальной лабораторной технологии получения гибких ФЭП на основе сульфида и теллурида кадмия с приведенной мощностью свыше 2,5 Вт/кг и КПД не менее 11% и ФЭМ на их основе с КПД не менее 6%. 5. Разработка оснастки вакуумной установки для изготовления приборной гетеросистемы CdS/CdTe на гибкой подложке, которая может быть сопряжена с имеющимися технологическими линиями по производству ФЭП на основе CdS/CdTe на стеклянной подложке, и ее изготовление.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта должны быть получены следующие научно-технические результаты:
1. Оптимизированные конструктивно-технологические решения для создания ФЭП и ФЭМ на основе CdS/CdTe.
2. Технологическая оснастка для вакуумной установки для реализации методов конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе.
3. Технологическая документация на изготовление экспериментальных образцов гибких пленочных ФЭП методами конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе.
4. Программное обеспечение для управления режимами работы вакуумной установки для получения пленок сульфида и теллурида кадмия на гибкой подложке методами конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе.
5. Экспериментальные образцы пленочного ФЭП «тыльной» конфигурации на основе CdS/CdTe, полученные методами конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе.
6. Экспериментальный образец ФЭМ на основе гетеросистемы сульфида и теллурида кадмия на гибкой подложке.
7. Результаты исследовательских испытаний экспериментальных образцов пленочных ФЭП и экспериментального образца ФЭМ на основе CdS/CdTe, подтверждающие достижение заявленных характеристик.

Разработанные гибкие ФЭП на основе сульфида и теллурида кадмия будут иметь приведенную мощность свыше 2,5 Вт/кг и КПД не менее 11%, а ФЭМ на их основе - КПД не менее 6%. В наземных условиях среди всех однопереходных приборных структур ФЭП на основе CdS/CdTe обладает наибольшим теоретическим коэффициентом полезного действия (КПД) – 29%, а в условиях космического применения – наибольшей радиационной стойкостью.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. В ходе выполнения проекта будут разработаны технологии вакуумного осаждения методами конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе гибких пленочных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе сульфида и теллурида кадмия, и технология изготовления гибких фотоэлектрических модулей. Также будут изготовлены экспериментальные образцы пленочных ФЭП, полученных методами конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе, и экспериментальный образец ФЭМ. Лабораторная технология должна обеспечивать получение гибких ФЭП на основе сульфида и теллурида кадмия с приведенной мощностью свыше 2,5 Вт/кг и КПД не менее 11% и ФЭМ на их основе с КПД не менее 6%.

2. В проекте будут использованы новые технологические решения вакуумного осаждения методами конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе и создана соответствующая технологическая оснастка для вакуумной камеры.

3. По сравнению с существующими промышленными образцами модулей на основе CdS/CdTe, имеющими стеклянную подложку, разрабатываемые ФЭП на основе полиимидной пленки будут иметь значительно меньший вес (в 50 раз) и обладать гибкостью, что позволит создавать гибкие приборные структуры. По совокупности технических характеристик разрабатываемые ФЭП находятся на уровне ведущих мировых разработок.

4. Для достижения поставленных целей будут разработаны:
- конструктивно-технологические решения для создания ФЭП и ФЭМ на основе CdS/CdTe;
- технологическая оснастка для вакуумной установки для реализации методов конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе;
- технологическая документация на изготовление экспериментальных образцов гибких пленочных ФЭП методами конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе;
- программное обеспечение для управления режимами работы вакуумной установки для получения пленок сульфида и теллурида кадмия на гибкой подложке методами конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Результаты проекта могут быть использованы в космической, авиационной, автомобильной, судостроительной и приборостроительной отраслях. Гибкие ФЭМ на основе CdS/CdTe целесообразно использовать для экономичных автономных источников электрической энергии, которые обеспечивают электроснабжение космических аппаратов, беспилотных летательных аппаратов, радиоэлектронной аппаратуры, систем кондиционирования.

2. Потенциальные потребители результатов проекта – отечественные и зарубежные предприятия, выпускающие ФЭП и ФЭМ на основе CdS/CdTe традиционной конструкции, и фирмы, занимающиеся разработкой автономных источников питания различного типа. Разработанные ФЭМ, обеспечивающие их монтаж на поверхностях любых форм, будут превосходить все существующие аналоги по величине мощности на единицу веса и позволять их эксплуатировать в условиях радиационного воздействия.

3. Разработки конструктивно-технологических решений для получения базовых структур CdS/CdTe на гибких подложках могут быть интегрированы в существующие промышленные технологические линии, выпускающие ФЭП на основе CdS/CdTe на стеклянных подложках. Это позволит с минимальными материальными затратами наладить выпуск ФЭП и ФЭМ на основе CdS/CdTe на гибких подложках в промышленных масштабах. Использование разрабатываемых ФЭП приведет к существенному улучшению массогабаритных показателей модулей на основе CdS/CdTe.

4. Результаты проекта будут способствовать ускоренному развитию материально-технической инфраструктуры космической, авиационной, автомобильной, судостроительной и приборостроительной отраслей.

Текущие результаты проекта:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов в области создания пленочных ФЭП на основе гетеросистемы CdS/CdTe.
2. Выбрано и обосновано направление исследований.
3. Выполнены теоретические исследования методов создания пленочных ФЭП на основе CdS/CdTe.
4. Выбраны методы получения пленок CdS/CdTe на гибкой полиимидной подложке.
5. Разработаны технические требования к вакуумным установкам для реализации методов нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе и конденсации из квазизамкнутого объема полупроводниковых пленок на гибких подложках.
6. Проведены патентные исследования.