Северо-Кавказский федеральный университет завершает один из ключевых этапов высокотехнологичного проекта по конструированию и изготовлению газофазной установки на основе металлоорганических соединений.

Ученые СКФУ завершили создание прототипа установки МОС-гидридной эпитаксии – технологии выращивания полупроводниковых слоёв из газовой фазы. На базе этой установки в университете будут разрабатывать высокоэффективные солнечные элементы на сапфировых подложках для применения в космической технике.

«Проект предусматривает полный цикл создания отечественных солнечных элементов на сапфировых подложках, включая создание производственной линии. Это важный шаг к созданию современного высокотехнологического производства в Ставропольском крае. Реализация проекта создаст базу для трудоустройства высококвалифицированных специалистов, укрепит позиции региона как центра перспективных космических и энергетических технологий», - прокомментировала ректор СКФУ Татьяна Шебзухова.

Сегодня в космической отрасли преимущественно используются солнечные элементы на основе кремния и арсенида галлия на германиевой подложке. Однако германий остаётся очень дорогим материалом. Сапфир, напротив, значительно доступнее и уже широко применяется в микроэлектронике и светодиодной технике.

Выбор сапфира в качестве подложки для космических солнечных элементов обусловлен его уникальными свойствами, отмечают ученые СКФУ. Он обладает высокой оптической прозрачностью, термической и радиационной стойкостью, меньшей плотностью по сравнению с традиционными полупроводниковыми материалами. Эти характеристики особенно важны для работы в условиях открытого космоса — при резких перепадах температур и интенсивном радиационном воздействии.

Кроме того, технология выращивания полупроводниковых плёнок на основе нитридов галлия, алюминия и индия на сапфировых подложках уже хорошо отработана в производстве светодиодов.

«Сапфировые подложки сейчас по распространённости в электронике практически догоняют кремний. Мы опираемся на уже освоенные технологии нитридной электроники, но переносим их в область космической энергетики. Наша задача – создать солнечные элементы, которые будут не только эффективными и радиационно стойкими, но и конкурентными по себестоимости», - рассказал руководитель Научно-образовательного центра фотовольтаики и нанотехнологии СКФУ Игорь Сысоев.

Руководитель проекта также отметил, что специализированные установки МОС-гидридной эпитаксии зарубежного производства стоят до десяти миллионов долларов и в нынешних условиях практически недоступны. Российские промышленные аналоги такого класса пока не выпускаются. Команда СКФУ приняла решение разработать и собрать исследовательскую установку своими силами.

Созданная в университете лабораторная установка газофазной эпитаксии отличается высокой сложностью как с точки зрения конструкции, так и системы управления технологическим процессом. Сейчас проводятся финальные испытания её основных узлов и подготовка к началу полноценных исследовательских работ. На этой платформе учёные СКФУ планируют отработать режимы получения активных слоёв многослойных структур на основе соединений нитридов металлов, оптимальных для солнечных элементов космического назначения.

Следующий шаг проекта – разработка отечественной промышленной установки для серийного производства солнечных элементов на сапфировых подложках. Предполагается, что выпуск таких элементов будет организован на мощностях компании «Стилсофт» – стратегического индустриального партнёра СКФУ. Интерес к разработке уже проявило НПО «Сатурн», специализирующееся на производстве космических солнечных батарей.