ВВЕДЕНИЕ Рост энергопотребления является одной из наиболее характерных особенностей деятельности современного человечества. До недавнего времени развитие энергетики не встречало принципиальных трудностей, поскольку увеличение производства энергии происходило в основном за счет увеличения добычи полезных ископаемых (природный газ, нефть, уголь), достаточно удобных в потреблении. К настоящему времени более 75 % электроэнергии вырабатывается за счѐт сжигания минерального и органического топлива. Однако энергетика уже сегодня столкнулась с ситуацией истощения своей традиционной сырьевой базы. Одной из причин этого явилось ограниченность ископаемых энергетических ресурсов. Кроме того, нефть, газ и уголь являются также ценнейшим сырьем для интенсивно развивающейся химической промышленности. Сохранять высокие темпы развития энергетики путем использования лишь традиционных ископаемых источников энергии становится всѐ труднее. Атомная энергетика в последнее время также столкнулась со значительными трудностями, связанными, в первую очередь, с необходимостью резкого увеличения затрат на обеспечение безопасности работы ядерных объектов. Загрязнение окружающей среды продуктами сгорания и переработки ископаемых источников энергии, главным образом угля и ядерного топлива, является причиной ухудшения экологической обстановки на Земле. Уже при современных масштабах производства энергии возможны необратимые опасные изменения климата. Подобными обстоятельствами определяется возрастающий интерес к возобновляемым источникам энергии, широкое использование которых в будущем не приведет к нарушению экологического баланса Земли [1,2]. Когда речь заходит об энергетике, базирующейся на возобновляемых источниках энергии (альтернативной энергетике), то в первую очередь упоминают именно солнечную энергетику. Это не удивительно: интегральный поток солнечного излучения, входящего в атмосферу Земли, составляет величину около 2·1017 Вт. В то время как суммарная установленная мощность всех электростанций мира не превышает 3·1012 Вт, т.е. почти в 100 тысяч раз меньше. Внимание ученых и специалистов уже давно привлечено к разработке эффективных средств преобразования солнечной энергии в электрическую. Использование этого вида энергии не связано с загрязнением окружающей среды и нарушением теплового баланса пла- 5 неты. Повышенный интерес к фотоэлектрическому методу преобразования энергии обусловлен реальной возможностью создания стабильных в эксплуатации, дешевых и высокоэффективных солнечных элементов (СЭ). С этих позиций преобразователи солнечной энергии в электрическую имеют как свои преимущества, так и недостатки. Среди основных преимуществ СЭ выделим прямое преобразование солнечной энергии в электричество неограниченность запаса солнечной энергии; децентрализированное производство энергии, что позволяет исключить создание линий электропередач отсутствие вредных выбросов в окружающую среду возможность размещения на различных конструкциях строений (стены, крыши); высокая надѐжность; не имеют движущихся частей, что упрощает обслуживание, снижает стоимость и увеличивает срок службы (вероятно, он будет достигать порядка сотни лет – проблема не в самих преобразователях, а в герметизирующих материалах); не требуют высокой квалификации обслуживающего персонала; пригодны для создания установок практически любой мощности. К основным недостаткам СЭ можно отнести зависимость уровня вырабатываемой энергии от времени суток и степени освещѐнности, что требует принятия дополнительных мер для накопления электроэнергии от СЭ и еѐ последующего использования в тѐмное время суток и в условиях недостаточной освещенности высокая себестоимость СЭ и получаемой электроэнергии. Исходя из перечисленных преимуществ и недостатков, можно утверждать, что уже сегодня применение солнечной энергии является экономически рентабельным в некоторых специфических областях энергетики, где необходимо производство относительно небольшого количества электроэнергии [1,3]: в районах, удалѐнных от энергосети (удалѐнные населѐнные пункты, экспедиции, навигация, космические спутники и т.д.); работа небольших электронных устройств с автономным питанием (автоматические пункты системы связи, системы метеонаблюдений, системы наблюдения и контроля движения на автострадах, навигационные и сигнальные знаки и т.д.); экологически чистые электростанции в курортных районах. 6 Однако широкое внедрение солнечной энергетики возможно лишь при существенном снижении стоимости электроэнергии, полученной за счет преобразования энергии солнечного излучения [3,4]. Для экономической эффективности фотопреобразования с помощью солнечных модулей в наземных условиях необходимы дешевые устройства, обеспечивающие собирание света, и преобразователи энергии, обладающие высоким КПД. При создании батарей плоской конструкции таким требованиям удовлетворяют полупроводниковые фотопреобразователи. Авторы благодарны всем, кто способствовал написанию и изданию этой книги. Прежде всего, сотрудникам лаборатории физики полупроводников Объединенного института физики твердого тела и полупроводников НАН Беларуси и лаборатории твердотельных преобразователей излучений Института электроники НАН Белоруссии. Особая благодарность О. В. Ермакову за помощь в оформлении рукописи. 7