RU2639738C2 - Laser light receiver-transducer - Google Patents
Laser light receiver-transducer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639738C2 RU2639738C2 RU2016113207A RU2016113207A RU2639738C2 RU 2639738 C2 RU2639738 C2 RU 2639738C2 RU 2016113207 A RU2016113207 A RU 2016113207A RU 2016113207 A RU2016113207 A RU 2016113207A RU 2639738 C2 RU2639738 C2 RU 2639738C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photocells
- receiver
- receiving plane
- laser beam
- converter
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 54
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000026683 transduction Effects 0.000 abstract 1
- 238000010361 transduction Methods 0.000 abstract 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 13
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 241000121237 Nitrospirae Species 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000010979 ruby Substances 0.000 description 1
- 229910001750 ruby Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/60—Arrangements for cooling, heating, ventilating or compensating for temperature fluctuations
- H10F77/63—Arrangements for cooling directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. heat sinks directly associated with the photovoltaic cells or integrated Peltier elements for active cooling
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области создания приемников-преобразователей на основе полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) для преобразования электромагнитной энергии лазерного излучения высокой плотности. Области применения такого преобразования - беспроводные системы дистанционного энергопитания воздушных или космических объектов [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с. 199].The invention relates to the field of creating receiver-converters based on semiconductor photoelectric converters (PEC) for converting electromagnetic energy of high density laser radiation. The fields of application of such a conversion are wireless systems for remote power supply of air or space objects [V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov. Solar energy and space travel. M .: Nauka, 1984, p. 199].
В настоящее время в космической технике определился ряд новых направлений, основанных на использовании лазерного излучения. Среди них весьма перспективным направлением следует считать передачу энергии космическим аппаратам (КА) с помощью лазерных систем передачи энергии [В.И. Кишко, В.Ф. Матюхин. Принципы построения адаптивных ретрансляторов для стратосферных систем передачи энергии. // Автометрия. 2012. Т. 48, №2, с. 59-66]. В настоящее время каждый КА оснащен собственной системой генерирования электрической энергии. Однако существует альтернативный способ энергоснабжения, предусматривающий использование централизованных электростанций и передачу энергии космическим аппаратам-потребителям при помощи электромагнитного излучения (ЭМИ). При этом можно реализовать схему централизованного энергоснабжения как отдельных КА, так и их группировок, что расширяет их функциональные возможности и увеличивает их ресурс.Currently, a number of new areas based on the use of laser radiation have been determined in space technology. Among them, a very promising direction should be considered the transfer of energy to spacecraft (SC) using laser energy transfer systems [V.I. Kishko, V.F. Matyukhin. The principles of constructing adaptive repeaters for stratospheric energy transmission systems. // Autometry. 2012.V. 48, No. 2, p. 59-66]. Currently, each spacecraft is equipped with its own electric energy generation system. However, there is an alternative way of energy supply, involving the use of centralized power plants and the transfer of energy to spacecraft-consumers using electromagnetic radiation (EMP). At the same time, it is possible to implement a centralized power supply scheme for both individual spacecraft and their groupings, which expands their functional capabilities and increases their resource.
Широко известны конструкции приемников-преобразователей электромагнитного излучения, выполненных из полупроводниковых фотоэлементов (ФЭ), действие которых основано на внутреннем фотоэффекте. К таким приемникам-преобразователям относятся солнечные батареи (СБ) [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с. 131-135], состоящие из панелей солнечных элементов (СЭ) - фотоэлектрических преобразователей. Так, ориентируемая СБ представляет собой электромеханическое устройство, включающее несущую подложку, на которой монтируются СЭ и межэлементные соединения, обеспечивающие электрическую коммутацию СЭ, силовую конструкцию (рамы, балки, мачты и т.п.), механизмы и силовые узлы систем раскрытия и ориентации. Для обеспечения требуемого напряжения на шинах солнечной батареи СЭ коммутируются последовательно в цепочки, которые соединяются между собой параллельно, обеспечивая получение заданного тока на шинах СБ. Скоммутированные СЭ образуют группу. Группы соединяются параллельно в ряды, а несколько последовательно соединенных рядов образуют панель. Полная СБ собирается из нескольких панелей. К недостаткам данных конструкций следует отнести невысокие удельные параметры (выходную мощность с единицы площади и массы) солнечных батарей [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с. 141].The designs of electromagnetic radiation receivers-converters made of semiconductor photocells (PV) are widely known, the action of which is based on the internal photoelectric effect. These receiver converters include solar panels (SB) [V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov. Solar energy and space travel. M .: Nauka, 1984, p. 131-135], consisting of panels of solar cells (SE) - photoelectric converters. So, an orientated SB is an electromechanical device that includes a carrier substrate on which solar cells and interconnects are mounted that provide electrical commutation of the solar cells, power structure (frames, beams, masts, etc.), mechanisms and power units of disclosure and orientation systems. To ensure the required voltage on the tires of the solar battery, the solar cells are switched sequentially in chains that are connected together in parallel, providing a given current on the buses of the SB. Commutated SCs form a group. Groups are connected in parallel in rows, and several series-connected rows form a panel. Full Sat is assembled from several panels. The disadvantages of these structures include the low specific parameters (output power per unit area and mass) of solar panels [V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov. Solar energy and space travel. M .: Nauka, 1984, p. 141].
Известна также конструкция приемника-преобразователя концентрированного солнечного излучения солнечной фотоэлектрической энергоустановки (СФЭУ), включающая панель фотоэлементов с защитным покрытием, скоммутированных между собой, систему концентрирования солнечного излучения, систему отвода тепла от панели с фотоэлементами, несущую силовую конструкцию [В.М. Андреев, В.А. Грилихес, В.Д. Румянцев. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. Ленинград, «Наука», Ленинградское отделение, 1989, с. 245]. Основными элементами системы концентрирования солнечного излучения являются традиционные концентраторы в виде параболоидов, которые успешно используются в наземных солнечных фотоэлектрических установках. В космосе более целесообразны концентраторы конической и клиновидной конфигурации, которые конструктивно объединены с приемниками-преобразователями гелиоустановок и позволяют использовать как прямое, так и отраженное солнечное излучение [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с. 28]. Концентрация солнечного излучения на поверхности СЭ позволяет повысить удельную выходную мощность с единицы площади и массы элемента, а следовательно, уменьшить количество СЭ и расход полупроводниковых материалов, необходимых для обеспечения заданной полной электрической мощности СФЭУ. Это достигается как за счет повышения плотности лучистого потока, падающего на поверхность СЭ, так и вследствие роста их КПД при высоких уровнях облученности [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с. 114].Also known is the design of the receiver-converter of concentrated solar radiation of a solar photovoltaic power plant (SFEU), including a panel of solar cells with a protective coating, connected to each other, a system for concentrating solar radiation, a heat removal system from a panel with solar cells, carrying a power structure [V.M. Andreev, V.A. Griliches, V.D. Rumyantsev. Photoelectric conversion of concentrated solar radiation. Leningrad, “Science”, Leningrad Branch, 1989, p. 245]. The main elements of the solar radiation concentration system are traditional concentrators in the form of paraboloids, which are successfully used in terrestrial solar photovoltaic installations. In space, concentrators of a conical and wedge-shaped configuration are more suitable, which are structurally combined with solar receivers and converters and allow the use of both direct and reflected solar radiation [V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov. Solar energy and space travel. M .: Nauka, 1984, p. 28]. The concentration of solar radiation on the surface of the solar cells allows you to increase the specific output power per unit area and mass of the element, and therefore, to reduce the number of solar cells and the consumption of semiconductor materials necessary to provide a given total electrical power SFU. This is achieved both by increasing the density of the radiant flux incident on the surface of the solar cells and by increasing their efficiency at high levels of irradiation [V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov. Solar energy and space travel. M .: Nauka, 1984, p. 114].
В СФЭУ, содержащих множество последовательно и параллельно соединенных СЭ, которые должны работать в одинаковых условиях, с целью уменьшения схемных потерь необходимо обеспечивать равномерное облучение всех элементов. Основной недостаток технического решения - большие схемные потери, из-за значительной неравномерности распределения плотности сконцентрированного излучения, характерные при использовании конических концентраторов с многоэлементными ФЭП, а также концентраторов с криволинейными образующими и расположением приемника в проходящем потоке излучения [В.М. Андреев, В.А. Грилихес, В.Д. Румянцев. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. Ленинград, «Наука», Ленинградское отделение, 1989, с. 219].In SFEU, containing many series-parallel and parallel connected solar cells, which should work under the same conditions, in order to reduce circuit losses, it is necessary to ensure uniform irradiation of all elements. The main disadvantage of the technical solution is the large circuit losses due to the significant uneven distribution of the density of concentrated radiation, typical when using conical concentrators with multi-element PECs, as well as concentrators with curvilinear generators and the location of the receiver in the transmitted radiation flux [V.M. Andreev, V.A. Griliches, V.D. Rumyantsev. Photoelectric conversion of concentrated solar radiation. Leningrad, “Science”, Leningrad Branch, 1989, p. 219].
Нужно также отметить, что рассмотренные выше конструкции, преобразующие солнечную энергию, имеют общий недостаток, связанный с неполным использованием падающего на ФЭП потока солнечного излучения для создания фототока. Это связано с тем, что солнечный свет, в отличие от лазерного излучения, не является монохроматическим, а содержит электромагнитные волны различных частот. Для монохроматического электромагнитного излучения лазера характерна острая направленность (коллимация) пучка, что позволяет собрать и сфокусировать энергию, переносимую лазерным пучком, на малой площади. Малая величина угла расходимости излучения лазера позволяет эффективно собрать энергию на чрезвычайно больших расстояниях от излучателя [Дж. Реди. Промышленные применения лазеров. Москва: Издательство «Мир», 1981, с. 40]. Использование лазерного излучения для передачи энергии позволяет поднять КПД приемников-преобразователей энергии в сравнении с обычными солнечными батареями, где характерны спектральные потери. При этом значительно снижается разогрев панелей ФЭП, обусловленный также спектральными потерями.It should also be noted that the above constructions that convert solar energy have a common drawback associated with the incomplete use of the solar radiation flux incident on the PEC to create a photocurrent. This is due to the fact that sunlight, in contrast to laser radiation, is not monochromatic, but contains electromagnetic waves of various frequencies. The monochromatic electromagnetic radiation of a laser is characterized by a sharp directivity (collimation) of the beam, which makes it possible to collect and focus the energy carried by the laser beam over a small area. The small angle of divergence of the laser radiation allows you to efficiently collect energy at extremely large distances from the emitter [J. Redi. Industrial applications of lasers. Moscow: Mir Publishing House, 1981, p. 40]. The use of laser radiation for energy transfer allows you to increase the efficiency of the energy-receiving receivers in comparison with conventional solar panels, where spectral losses are characteristic. At the same time, the heating of the solar cells is significantly reduced, which is also due to spectral losses.
Необходимо отметить, что одной из важных характеристик потока концентрированного электромагнитного излучения является функция распределения интенсивности ЭМИ, падающей на приемную плоскость приемника-преобразователя. Обычно предпочтительно осуществлять работу с гауссовым пучком, где зависимость интенсивности ЭМИ от радиуса в поперечном сечении лазерного пучка, проводимого из центра пучка, определяется распределением Гаусса. Гауссовы пучки предпочтительней в силу их симметрии и минимальности угла расходимости пучка. Пространственная форма гауссова пучка будет оставаться неизменной и при прохождении пучка через оптические системы [Дж. Реди. Промышленные применения лазеров. М.: Издательство «Мир», 1981, с. 43].It should be noted that one of the important characteristics of the concentrated electromagnetic radiation flux is the distribution function of the intensity of the electromagnetic radiation incident on the receiving plane of the receiver-transducer. It is usually preferable to work with a Gaussian beam, where the dependence of the EMR intensity on the radius in the cross section of a laser beam conducted from the center of the beam is determined by the Gaussian distribution. Gaussian beams are preferable because of their symmetry and the minimum angle of divergence of the beam. The spatial form of a Gaussian beam will remain unchanged when the beam passes through optical systems [J. Redi. Industrial applications of lasers. M.: Mir Publishing House, 1981, p. 43].
Наиболее перспективными для космических приемников-преобразователей концентрированного ЭМИ, каковым является лазерное излучение, следует считать гетеропереходные фотоэлементы на основе арсенида галлия, обладающие повышенной радиационной стойкостью, высокими температурной стабильностью КПД и удельной мощностью в диапазоне температур вплоть до 500 К [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с. 119]. Последнее обстоятельство особенно важно для мощных космических приемников-преобразователей с активной системой охлаждения ФЭ и радиационным сбросом не преобразованного тепла в космос.The most promising for space receivers-converters of concentrated EMP, such as laser radiation, should be considered heterojunction photocells based on gallium arsenide, which have increased radiation resistance, high temperature stability, efficiency and specific power in the temperature range up to 500 K [V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov. Solar energy and space travel. M .: Nauka, 1984, p. 119]. The latter circumstance is especially important for high-power space receivers-converters with an active PV cooling system and the radiation discharge of not converted heat into space.
Неравномерность распределения интенсивности ЭМИ, падающего на приемную плоскость приемника-преобразователя, отмеченная выше для СФЭУ с концентраторами солнечного излучения, характерна также и для концентрированного монохроматического лазерного излучения.The uneven distribution of the intensity of the EMP incident on the receiving plane of the receiver-converter, noted above for SFEU with solar radiation concentrators, is also characteristic of concentrated monochromatic laser radiation.
ФЭ, соединенные параллельно, образуют группы, а соединенные последовательно группы, непосредственно электрически связанные с шинами приемника-преобразователя, составляют цепочку [Г. Раушенбах. Справочник по проектированию солнечных батарей. М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 30]. Таким образом, параллельно-последовательное соединение ФЭ обеспечивает требуемое напряжение и ток на шинах приемника-преобразователя. Неравномерность распределения интенсивности ЭМИ, падающего на приемную плоскость приемника-преобразователя, вызывает весьма высокие схемные потери, обусловленные разбросом электрических параметров ФЭ и групп. В результате в схеме приемника-преобразователя ток в цепочке последовательно соединенных групп определяется током наихудшего из них. Следствие этого - снижение тока и выходной мощности приемника-преобразователя относительно тех значений, которые можно было бы ожидать, исходя из средних значений токов и мощностей отдельных ФЭ.PVs connected in parallel form groups, and groups connected in series, directly electrically connected to the buses of the receiver-converter, form a chain [G. Rauschenbach. Solar Design Guide. M .: Energoatomizdat, 1983. P. 30]. Thus, the parallel-serial connection of the PV provides the required voltage and current on the tires of the receiver-converter. The uneven distribution of the intensity of the EMR incident on the receiving plane of the receiver-converter causes very high circuit losses due to the scatter in the electrical parameters of the PV and groups. As a result, in the receiver-converter circuit, the current in the chain of series-connected groups is determined by the current of the worst of them. The consequence of this is a decrease in the current and output power of the receiver-converter relative to those values that could be expected based on the average values of currents and powers of individual PVs.
Наиболее близким техническим решением, позволяющим снизить схемные потери, вызванные неравномерностью распределения интенсивности ЭМИ на приемной плоскости, является приемник-преобразователь концентрированного электромагнитного излучения [Патент RU 2499327, МПК: H01L 31/052 (2006.01), опубл. 20.11.2013]. Приемник-преобразователь включает приемную плоскость, выполненную в виде круговой панели радиусом R, на внешней стороне которой равномерно распределены фотоэлектрические преобразователи на основе полупроводниковых фотоэлементов с внутренним фотоэффектом для непосредственного преобразования энергии электромагнитного излучения кругового лазерного пучка, падающего на приемную плоскость. Лазерный пучок падает нормально на приемную плоскость с максимальной интенсивностью в центральной области лазерного пучка, в том числе гауссового пучка, и экспоненциально снижающейся к периферии. Причем ось пучка электромагнитного излучения направляют в геометрический центр панели фотоэлементов приемной плоскости. Снижение неравномерности интенсивности распределения ЭМИ, нормально падающего на его приемную плоскость, добиваются с помощью установки на внешней поверхности приемной плоскости своими основаниями трех симметричных концентрических конических оболочек. Конические оболочки: центральная, периферийная и средняя выполнены так, что внешние поверхности средней и центральной конических оболочек и внутренние поверхности периферийной и средней конических оболочек выполнены с максимально высоким коэффициентом зеркального отражения. При этом их общая ось симметрии проходит через геометрический центр панели ФЭ, что позволяет использовать в данном техническом решении как прямое, так и отраженное ЭМИ. Для обеспечения требуемого напряжения на шинах приемника-преобразователя фотоэлементы электрической коммутацией соединяются между собой последовательно, а затем параллельно, что и обеспечивает получение заданного тока. Последовательно-параллельным соединением фотоэлементов обеспечивается выходная электрическая мощность приемника-преобразователя Р. Предложенное техническое решение позволяет перераспределить энергию, переносимую лазерным пучком, т.е. более равномерно распределить интенсивность ЭМИ по поверхности приемной плоскости с фотоэлементами.The closest technical solution to reduce circuit losses caused by the uneven distribution of EMR intensity on the receiving plane is a receiver-converter of concentrated electromagnetic radiation [Patent RU 2499327, IPC: H01L 31/052 (2006.01), publ. 11/20/2013]. The receiver-converter includes a receiving plane made in the form of a circular panel of radius R, on the outside of which photoelectric converters based on semiconductor photocells with an internal photoelectric effect are evenly distributed to directly convert the electromagnetic energy of a circular laser beam incident on the receiving plane. The laser beam is incident normally on the receiving plane with maximum intensity in the central region of the laser beam, including the Gaussian beam, and exponentially decreasing to the periphery. Moreover, the axis of the beam of electromagnetic radiation is sent to the geometric center of the photocell panel of the receiving plane. Reducing the uneven intensity of the distribution of EMR, normally incident on its receiving plane, is achieved by installing three symmetric concentric conical shells on the outer surface of the receiving plane with their bases. Conical shells: central, peripheral and middle are made so that the outer surfaces of the middle and central conical shells and the inner surfaces of the peripheral and middle conical shells are made with the highest possible mirror reflection coefficient. Moreover, their common axis of symmetry passes through the geometric center of the PV panel, which allows using both direct and reflected EMP in this technical solution. To provide the required voltage on the tires of the receiver-converter, the photocells are electrically switched interconnected in series and then in parallel, which ensures obtaining a given current. A series-parallel connection of the photocells provides the output electric power of the receiver-converter R. The proposed technical solution allows the redistribution of energy transferred by the laser beam, i.e. more evenly distribute the intensity of EMP on the surface of the receiving plane with photocells.
К недостаткам данного технического решения следует отнести усложнение конструкции приемной плоскости за счет введения системы концентричных конических оболочек. Кроме того, предлагаемая конструкция приемной плоскости чувствительна к отклонениям от нормали оси лазерного пучка, направленного в геометрический центр приемной плоскости, что приводит к искажению картины переотражения электромагнитного излучения коническими оболочками на приемную плоскость, т.е. приводит к потерям электрической мощности преобразователя и соответственно КПД. Кроме того, в рассматриваемом техническом решении осуществляется работа с симметричным лазерным пучком, причем предпочтение отдается работе с гауссовым пучком. Однако для многих мощных твердотельных лазеров наблюдаются более сложные пространственные распределения, не поддающиеся описанию в простых математических выражениях. Эти сложные распределения являются следствием неизбежных дефектов в лазерном стержне, например следствием неоднородностей коэффициента преломления, а также изменений длины оптического пути и двойного лучепреломления в лазерном стержне при накачке. Так, в примере, приведенном в [Дж. Реди. Промышленные применения лазеров. М.: Издательство «Мир», 1981, с. 45], относительное распределение плотности энергии в несфокусированном пятне импульса излучения рубинового лазера между центральной и отдельными периферийными областями пятна различаются в двадцать раз. Причем распределение плотности по поверхности пятна несимметричное как в радиальном, так и в окружном направлениях.The disadvantages of this technical solution include the complexity of the design of the receiving plane due to the introduction of a system of concentric conical shells. In addition, the proposed design of the receiving plane is sensitive to deviations from the normal axis of the laser beam directed to the geometric center of the receiving plane, which leads to a distortion of the pattern of re-reflection of electromagnetic radiation by conical shells to the receiving plane, i.e. leads to losses of electric power of the converter and, accordingly, efficiency. In addition, in the considered technical solution, work is carried out with a symmetric laser beam, with preference being given to working with a Gaussian beam. However, for many high-power solid-state lasers, more complex spatial distributions are observed that cannot be described in simple mathematical expressions. These complex distributions are the result of inevitable defects in the laser rod, for example, the result of inhomogeneities in the refractive index, as well as changes in the optical path length and birefringence in the laser rod during pumping. So, in the example cited in [J. Redi. Industrial applications of lasers. M.: Mir Publishing House, 1981, p. 45], the relative distribution of the energy density in an unfocused spot of a ruby laser radiation pulse between the central and individual peripheral regions of the spot is twenty times different. Moreover, the density distribution over the surface of the spot is asymmetric in both radial and circumferential directions.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы приемника-преобразователя лазерного излучения, повышение его КПД в условиях неравномерной интенсивности ЭМИ лазерного пучка, падающего на приемную плоскость, а также упрощение конструкции, унификация и стандартизация технологии производства.The objective of the invention is to increase the efficiency of the receiver-converter of laser radiation, increase its efficiency under conditions of uneven intensity of the electromagnetic radiation of the laser beam incident on the receiving plane, as well as simplifying the design, unification and standardization of production technology.
Техническим результатом изобретения является:The technical result of the invention is:
1) повышение энергетической эффективности, характеризуемой в условиях неравномерной интенсивности лазерного облучения минимально возможным снижением мощности на выходных шинах приемника-преобразователя по отношению к суммарной мощности, вырабатываемой всеми фотоэлементами (в условиях независимости друг от друга);1) an increase in energy efficiency, characterized in conditions of uneven intensity of laser irradiation as the smallest possible decrease in power at the output buses of the receiver-converter with respect to the total power generated by all photocells (in conditions of independence from each other);
2) повышение КПД приемника-преобразователя за счет снижения разброса электрических параметров групп из параллельно соединенных фотоэлементов;2) increasing the efficiency of the receiver-converter by reducing the dispersion of the electrical parameters of groups of parallel-connected photocells;
3) унификация конструкции фотоэлектрического модуля, что позволяет стандартизировать технологию коммутации фотоэлементов приемника-преобразователя.3) unification of the design of the photoelectric module, which allows to standardize the technology of switching photocells of the receiver-converter.
Технический результат изобретения достигается тем, что приемник-преобразователь лазерного излучения, включающий несущую силовую конструкцию с установленной на ней приемной плоскостью площадью SПП, на внешней стороне которой равномерно распределены фотоэлектрические преобразователи на основе полупроводниковых фотоэлементов с внутренним фотоэффектом для непосредственного преобразования энергии электромагнитного излучения кругового лазерного пучка диаметром du, ось которого направлена на геометрический центр приемной плоскости, причем фотоэлементы скоммутированы между собой последовательно-параллельно, выполнены с антиотражающим покрытием и снабжены системой охлаждения, при этом приемная плоскость состоит из n модулей, каждый из которых выполнен площадью s, и конструктивно представляет собой единое целое, состоящее из m фотоэлементов площадью sФЭ каждый, одинаковых по конструкции, составу и электрически изолированных друг от друга, причем фотоэлементы, по одному из каждого модуля, параллельным соединением объединены в i групп, в каждой из которых содержится j фотоэлементов, а группы последовательно соединены в цепочку, где в каждой группе из цепочки присутствует q фотоэлементов, принадлежащих k модулям, полностью попадающим в область светового пятна кругового лазерного пучка, падающего на приемную плоскость, причем учитывается выполнение следующих условий: s<<SПП; n>1; m>1; i=m; j=n; q=k, где 1≤k≤n, обеспечивающих при этом максимальную выходную электрическую мощность приемника-преобразователя, определяемую из уравненияThe technical result of the invention is achieved in that the laser radiation receiver-converter, comprising a load-bearing structure with a receiving surface area S PP on which the photoelectric converters based on semiconductor photocells with an internal photoelectric effect are uniformly distributed, for directly converting the energy of electromagnetic radiation from a circular laser beam diameter d u whose axis is directed to the geometric center of the receiving plane moreover, the photocells are connected in series-parallel with each other, made with an antireflection coating and equipped with a cooling system, while the receiving plane consists of n modules, each of which is made with area s, and is structurally a single unit consisting of m photocells with area s PV each identical in design, composition and electrically isolated from each other, moreover, photocells, one from each module, are connected in parallel into i groups, each of which contains j otoelementov and the groups are connected in series in the chain, wherein in each group present in the chain q photocells belonging to k modules completely falling within the scope of the circular light spot of the laser beam incident on the receiving plane, and counted the following conditions: s << S PP; n>1;m>1; i = m; j = n; q = k, where 1≤k≤n, providing the maximum output electric power of the receiver-converter, determined from the equation
где Еu - средняя плотность мощности в поперечном сечении пучка, содержащем u% полной мощности пучка;where E u is the average power density in the cross section of the beam containing u% of the total beam power;
α - угол между осью лазерного пучка и нормалью к приемной плоскости;α is the angle between the axis of the laser beam and the normal to the receiving plane;
ηФЭ - КПД фотоэлемента;η FE - the efficiency of the photocell;
F - суммарный фактор, учитывающий влияние внешних факторов на деградацию параметров приемника-преобразователя.F is the total factor, taking into account the influence of external factors on the degradation of the parameters of the receiver-converter.
Суть изобретения поясняется чертежами (фиг. 1-5).The essence of the invention is illustrated by drawings (Fig. 1-5).
На фиг. 1 приведен общий вид приемника-преобразователя лазерного излучения, падающего на приемную плоскость с переменной интенсивностью.In FIG. 1 shows a General view of the receiver-transducer of laser radiation incident on the receiving plane with variable intensity.
На фиг. 2 приведен вид А на приемник-преобразователь с модулями фотоэлементов (ФЭ), размещенных на внешней стороне приемной плоскости, и с системой охлаждения с ее внутренней стороны. Здесь α - угол между осью лазерного пучка и нормалью к приемной плоскости; du - диаметр в поперечном сечении пучка, содержащем u% полной мощности пучка.In FIG. Figure 2 shows a view of a receiver-converter with modules of photocells (PV) located on the outer side of the receiving plane, and with a cooling system on its inner side. Here, α is the angle between the axis of the laser beam and the normal to the receiving plane; d u is the diameter in the cross section of the beam containing u% of the total beam power.
На фиг. 3 приведена, как вариант, конструктивная схема модуля.In FIG. 3 shows, as an option, the structural diagram of the module.
На фиг. 4 приведено сечение Б-Б модуля с фотоэлементами.In FIG. 4 shows a section of a BB module with photocells.
На фиг. 5 приведена схема коммутации фотоэлементов, где стрелкой обозначены ФЭ k - модулей, полностью попавших в область светового пятна лазерного излучения. Здесь i - количество групп в цепочке; j - количество ФЭ в каждой группе; q - количество ФЭ в каждой группе, принадлежащих k - модулям, полностью попадающим в область светового пятна.In FIG. Figure 5 shows the photocell switching scheme, where the arrow denotes the PV of k - modules that are completely in the region of the light spot of the laser radiation. Here i is the number of groups in the chain; j is the number of PV in each group; q is the number of PVs in each group belonging to k - modules that completely fall into the light spot region.
На фиг. 1-5 приведено:In FIG. 1-5 are given:
1 - приемная плоскость;1 - receiving plane;
2 - модуль;2 - module;
3 - фотоэлемент (ФЭ);3 - photocell (PV);
4 - лазерный пучок;4 - a laser beam;
5 - световое пятно;5 - light spot;
6 - ось;6 - axis;
7 - несущая силовая конструкция;7 - supporting power structure;
8 - система охлаждения (СО);8 - cooling system (WITH);
9 - электроизолирующий слой;9 - electrical insulating layer;
10 - передняя контактная сетка;10 - front contact grid;
11 - полупроводниковая структура;11 - semiconductor structure;
12 - p-n-переход;12 - p-n junction;
13 - тыльный контакт;13 - back contact;
14 - защитное оптическое покрытие;14 - protective optical coating;
15 - теплоотводящая платформа-подложка;15 - heat sink platform-substrate;
16 - электропроводящий элемент;16 - conductive element;
17 - группа;17 - group;
18 - шунтирующий диод;18 - shunt diode;
19 - токоведущая шина.19 - current-carrying bus.
Приемник-преобразователь лазерного излучения конструктивно выполнен следующим образом.The receiver Converter of laser radiation is structurally made as follows.
Как показано на фиг. 1, приемник-преобразователь лазерного излучения включает приемную плоскость 1, выполненную, например, в виде круга или квадрата площадью SПП, на внешней стороне которой равномерно распределены модули 2 с фотоэлектрическими преобразователями на основе полупроводниковых фотоэлементов 3 (фиг. 3, 4) с внутренним фотоэффектом для непосредственного преобразования энергии электромагнитного излучения кругового лазерного пучка 4, падающего на приемную плоскость 1 и образующего область светового пятна 5. Как показано на фиг. 2 ось 6 лазерного пучка 4 направлена на геометрический центр приемной плоскости 1 под углом α, а приемная плоскость 1 размещена на несущей силовой конструкции 7, включающей систему охлаждения 8 фотоэлементов 3. Приемная плоскость 1 состоит из n модулей 2, где n>1, каждый из которых выполнен с площадью s, где s<<SПП. Модуль 2, как показано на фиг. 3 и 4, конструктивно выполнен как единое целое, состоящее из m фотоэлементов 3 площадью sФЭ каждый, где m>1, одинаковых по конструкции, составу и электрически изолированных друг от друга электроизолирующим слоем 9. Фотоэлемент 3 включает переднюю контактную сетку 10, полупроводниковую структуру 11, p-n-переход 12 и тыльный контакт 13. С лицевой стороны на фотоэлементы 3 каждого модуля 2 нанесено защитное оптическое покрытие 14 с антиотражающим покрытием. С тыльной стороны фотоэлементы 3 через электроизолирующий слой 9 установлены на теплоотводящей платформе-подложке 15. С тыльной стороны из каждого модуля 2 от передней контактной сетки 10 и тыльного контакта 13 каждого фотоэлемента 3 выходят электропроводящие элементы 16. Фотоэлементы 3, как видно из схемы коммутации на фиг. 5, по одному из каждого модуля 2, с помощью электропроводящих элементов 16 параллельным соединением объединяются в i групп 17 с количеством фотоэлементов 3 в каждой группе j, где i=m и j=n. Группы 17 соединяют последовательно, составляя цепочку, причем в каждой группе 17 из цепочки присутствует q фотоэлементов 3, принадлежащих к модулям 2, полностью попадающим в световое пятно 5 кругового лазерного пучка 4, падающего на приемную плоскость 1, где q=k и 1≤k≤n. На фиг. 5 в каждой группе 17 стрелкой отмечены фотоэлементы 3 модулей 2, расположенных в световом пятне 5. Параллельно каждой группе 17 установлены шунтирующие диоды 18. Съем выходной электрической мощности приемника-преобразователя осуществляют через токоведущие шины 19. При этом максимальную выходную электрическую мощность приемника-преобразователя определяют с помощью уравнения (1)As shown in FIG. 1, the receiver-converter of laser radiation includes a receiving
где Eu - средняя плотность мощности в поперечном сечении лазерного пучка 4, содержащем u% полной мощности лазерного пучка 4;where E u is the average power density in the cross section of the
α - угол между осью 6 лазерного пучка 4 и нормалью к приемной плоскости 1;α is the angle between the
ηФЭ - КПД фотоэлемента 3;η FE - the efficiency of the
F - суммарный фактор, учитывающий влияние внешних факторов на деградацию параметров приемника-преобразователя.F is the total factor, taking into account the influence of external factors on the degradation of the parameters of the receiver-converter.
Приемник-преобразователь лазерного излучения работает следующим образом.The receiver-converter of laser radiation operates as follows.
Лазерную систему передачи энергии (на рисунке не показана) и приемник-преобразователь пространственно ориентируют на определенном расстоянии друг от друга. Причем лазерную систему передачи энергии пространственно ориентируют относительно приемной плоскости 1 так, чтобы ось лазерного пучка 4 была направлена в ее геометрический центр. После чего на приемную плоскость 1, выполненную в виде круга или квадрата площадью SПП, установленную на несущую силовую конструкцию 7 приемника-преобразователя, лазерная система передачи энергии направляет поток электромагнитного излучения лазерного пучка 4 диаметром du с длиной волны λ со средней плотностью мощности в поперечном сечении лазерного пучка 4 Eu, содержащем u% полной мощности лазерного пучка 4. Лазерный пучок 4 направляют на приемную плоскость 1, состоящую из n модулей 2, где n>1, каждый из которых выполнен площадью s, удовлетворяющей условию s<<SПП, причем каждый модуль 2 конструктивно исполняют как единое целое, состоящее из m фотоэлементов, где m>1, площадью sФЭ каждый, одинаковых по конструкции, составу и электрически изолированных друг от друга электроизолирующим слоем 9. Фотоэлементы 3, по одному из каждого модуля 2, с помощью электропроводящих элементов 16, параллельным соединением объединены в i групп 17, с количеством j фотоэлементов 3 в каждой группе 17, где i=m и j=n. Группы 17 соединены последовательно в цепочку. Причем в каждой группе 17 из цепочки присутствует q фотоэлементов 2, принадлежащих к модулям 2, полностью попадающим в область светового пятна 5 кругового лазерного пучка 4, падающего на приемную плоскость 1, где q=k и 1≤k≤n. Лазерный пучок 4 падает на приемную плоскость 1, в общем случае под углом α, и образует на приемной плоскости 1 область светового пятна 5. Поскольку плотность мощности в световом пятне 5 на приемной плоскости 1 может принимать сложные пространственные распределения, то фотоэлементы 3 из области светового пятна 5 будут освещены с различной интенсивностью. Поток лазерного излучения падает на каждый ФЭ 3, попавший в световое пятно 5, проходит через прозрачное защитное покрытие 7, попадает на лицевую сторону ФЭ 3 с передней контактной сеткой 10, и далее проходит в фотоактивную область полупроводниковой структуры 11. Происходит активное поглощение фотонов с максимальным коэффициентом поглощения электромагнитного излучения лазерного пучка 4, благодаря соответствующему подбору материала полупроводниковой структуры 11 для данной длины волны λ монохроматического лазерного излучения. Фотоактивное поглощение сопровождается образованием электронно-дырочных пар и появлением избыточных носителей заряда. Неравновесные носители заряда полупроводниковой структуры 11, собранные к p - n-переходу 12, благодаря наличию контактной разности потенциалов разделяются на нем: неосновные носители свободно проходят через p - n-переход 12, а основные - задерживаются. В результате, под действием лазерного излучения через p-n-переход 12 в обоих направлениях, будет протекать ток неосновных неравновесных носителей заряда - фотоэлектронов и фото дырок [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с. 94]. Таким образом, под действием лазерного излучения возникает разность потенциалов между передней контактной сеткой 10 и тыльным контактом 13, что при разомкнутой цепи представляет собой фотоЭДС или напряжение холостого хода ФЭ 3. Причем фотоэлектрический ток каждого ФЭ 3 модуля 2, попавшего в световое пятно 5, будет зависеть от числа фотонов, падающих на единицу площади лицевой поверхности ФЭ 3 в единицу времени, т.е. плотности потока лазерного излучения. В каждой группе 17, состоящей каждая из n ФЭ 3, присутствуют q ФЭ 3, принадлежащих модулям 2, попавшим в световое пятно 5. Причем, ФЭ 3 из каждой группы 17 освещаются лазерным пучком 4 с различной интенсивностью, но практически одинаково повторяющейся в каждой группе 17 суммарной мощностью лазерного излучения, падающего на q ФЭ 3, благодаря предлагаемой коммутации и выполнению условия s<<SПП. Для модулей 2, полностью попавших в световое пятно 5, q фотоэлементов 3 в каждой группе 17 на фиг. 5 отмечены стрелкой, показывающей наличие фототока через p - n-переход 12. Причем, в каждом из q ФЭ 3 группы 17 в общем случае фототок будет различен, поскольку зависим от распределения плотности излучения в лазерном пучке 4, но практически одинаково повторяющийся в каждой группе 17. Таким образом, q ФЭ 3, принадлежащих k модулям 2, полностью попавшим в область светового пятна 5, в каждой группе 17 будут генерировать близкие по величине суммарные токи. Далее соединяют последовательно группы 17, непосредственно связанные с токоведущими шинами 19, в цепочку. Очевидно, близкие по величине суммарные токи, генерируемые в группах 17, позволяют при последовательном соединении групп 17 получать наименьшие потери тока в цепочке, что должно приводить к снижению схемных потерь, к увеличению выходной электрической мощности и КПД приемника-преобразователя. Съем выходной электрической мощности приемника-преобразователя осуществляют через токоведущие шины 19. В приемнике-преобразователе применены шунтирующие диоды 18, которые подключены параллельно группам 17 так, чтобы они пропускали ток в прямом направлении при приложении к группе 17 обратного напряжения смещения. При этом, максимальную выходную электрическую мощность приемника-преобразователя определяют с помощью уравнения (1)The laser energy transmission system (not shown in the figure) and the receiver-transducer are spatially oriented at a certain distance from each other. Moreover, the laser energy transfer system is spatially oriented relative to the receiving
где Еu - средняя плотность мощности в поперечном сечении лазерного пучка 4, содержащем u% полной мощности лазерного пучка 4;where E u is the average power density in the cross section of the
α - угол между осью 6 лазерного пучка 4 и нормалью к приемной плоскости 1;α is the angle between the
ηФЭ - КПД фотоэлемента 3;η FE - the efficiency of the
F - суммарный фактор, учитывающий влияние внешних факторов на деградацию параметров приемника-преобразователя.F is the total factor, taking into account the influence of external factors on the degradation of the parameters of the receiver-converter.
Энергия фотонов лазерного пучка 4, не преобразованная в полезную электрическую мощность в ФЭ 3, попавших в область светового пятна 5, переходит в тепловую энергию. Одна часть этой тепловой энергии разогревает защитное оптическое покрытие 14 и излучением сбрасывается с его наружной поверхности. Другая часть - через тыльные контакты 11 ФЭ 3 и через электроизолирующий слой 9 теплопроводностью передается теплоотводящей платформе-подложке 15, откуда поступает в систему охлаждения 8 приемника-преобразователя.The energy of the photons of the
Приведем расчетный пример проектирования приемника-преобразователя лазерного излучения.We give a calculated example of the design of a receiver-converter for laser radiation.
Положим лазерная система передачи энергии (на рисунке не показана) направляет поток электромагнитного излучения с длиной волны λ=0,8 мкм со средней плотностью мощности Е90=1,0⋅105 Вт/м2 в поперечном сечении пучка диаметром d90=0,316 м под углом между осью лазерного пучка и нормалью к приемной плоскости α=30°. Причем лазерная система передачи энергии пространственно ориентирована относительно приемной плоскости так, чтобы ось лазерного пучка была направлена в ее геометрический центр, а световое пятно не выходило за пределы приемной плоскости. На внешней стороне приемной плоскости равномерно распределены модули с фотоэлектрическими преобразователями на основе полупроводниковых фотоэлементов с внутренним фотоэффектом. В качестве полупроводникового материала выбран GaAs, как материал имеющий наивысший показатель поглощения, для данной длины волны лазера, в сравнении с другими полупроводниками [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с. 93]. Для расчетного примера в качестве фотоэлементов, конструктивно входящих в состав модуля, используют тонкопленочные однопереходные ФЭП на основе AlGaAs/GaAs [Ж. И. Алферов, В.М. Андреев, В.Д. Румянцев. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики. // Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 8, с. 937-948], разработанные в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН и позволяющие сохранить высокий КПД при уменьшении толщины структуры ФЭП до величины менее 10 мкм [В.И. Кишко, В.Ф. Матюхин. Принципы построения адаптивных ретрансляторов для стратосферных систем передачи энергии. // Автометрия. 2012. Т. 48, №2, с. 59-66]. Кроме того, преимуществом ФЭП на основе AlGaAs/GaAs является, по сравнению с кремниевыми ФЭ, более высокая температурная стабильность, возрастающая при увеличении интенсивности излучения и обеспечивающая эффективную работу ФЭ при температурах до 500 К [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с. 119], что важно при проектировании системы охлаждения приемника-преобразователя космического применения. Примем ограничение по максимальной температуре, обеспечивающей эффективную работу ФЭ, не превышающей Т=500 К. Положим, что фотоэлементы выполнены в виде квадрата площадью sфэ=1⋅10-4 м2; эксперименты в подобной геометрии выполнялись, например, для высокоэффективных экспериментальных гетеропереходных солнечных элементов на основе AlGaAs/GaAs [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М: Наука, 1984, с. 120].We put a laser energy transfer system (not shown in the figure) directs the flow of electromagnetic radiation with a wavelength of λ = 0.8 μm with an average power density E 90 = 1.0⋅10 5 W / m 2 in the cross section of a beam with a diameter of d 90 = 0.316 m at an angle between the axis of the laser beam and the normal to the receiving plane α = 30 °. Moreover, the laser energy transfer system is spatially oriented relative to the receiving plane so that the axis of the laser beam is directed to its geometric center, and the light spot does not extend beyond the receiving plane. Modules with photoelectric converters based on semiconductor photocells with an internal photoelectric effect are evenly distributed on the outer side of the receiving plane. GaAs was chosen as the semiconductor material, as the material having the highest absorption coefficient for a given laser wavelength, in comparison with other semiconductors [V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov. Solar energy and space travel. M .: Nauka, 1984, p. 93]. For a calculation example, thin-film single-junction solar cells based on AlGaAs / GaAs are used as photo cells structurally included in the module [J. I. Alferov, V.M. Andreev, V.D. Rumyantsev. Trends and prospects for the development of solar photovoltaics. // Physics and Technology of Semiconductors, 2004, Volume 38, no. 8, p. 937-948], developed at the Physicotechnical Institute. A.F. Ioffe RAS and allowing to maintain high efficiency while reducing the thickness of the photomultiplier structure to a value of less than 10 microns [V.I. Kishko, V.F. Matyukhin. The principles of constructing adaptive repeaters for stratospheric energy transmission systems. // Autometry. 2012.V. 48, No. 2, p. 59-66]. In addition, the advantage of AlGaAs / GaAs PECs is, in comparison with silicon PECs, higher temperature stability, which increases with increasing radiation intensity and ensures the effective operation of PECs at temperatures up to 500 K [V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov. Solar energy and space travel. M .: Nauka, 1984, p. 119], which is important when designing a cooling system for a receiver-converter for space applications. We take a limitation on the maximum temperature that ensures the efficient operation of the PV, not exceeding T = 500 K. Assume that the solar cells are made in the form of a square with an area s fe = 1⋅10 -4 m 2 ; experiments in similar geometry were performed, for example, for highly efficient experimental heterojunction solar cells based on AlGaAs / GaAs [V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov. Solar energy and space travel. M: Science, 1984, p. 120].
Приемную плоскость, установленную на несущую силовую конструкцию приемника-преобразователя, выполняют в виде квадрата площадью SПП=0,144 м2, где равномерно распределены модули в количестве n=144. Модули выполняют в виде квадрата, площадь которого s=SПП/n=0,144/144=1,0⋅10-3 м2. Как видно из сравнения площадей модуля и приемной плоскости, удовлетворяется требуемое условие s<<SПП. Причем каждый модуль конструктивно представляет единое целое, состоящее из m=9 фотоэлементов, одинаковых по конструкции, составу и электрически изолированных друг от друга электроизолирующим слоем. В каждом модуле от каждого ФЭ через тыльную сторону выходят от передней контактной сетки и тыльного контакта электропроводящие элементы для дальнейшей коммутации ФЭ в группы. Переднюю контактную сетку и тыльный контакт фотоэлементов выполняют из материала на основе Au. С лицевой стороны в каждом модуле фотоэлементы защищены оптическим покрытием, поскольку при длительном пребывании ФЭ в космических условиях происходит деградация их основных параметров. В качестве защитного оптического покрытия используют стеклянную пластину из многокомпонентного стекла с антиотражающим покрытием (АП), снижающим коэффициент отражения стекла в рабочей спектральной области ФЭ за счет эффекта интерференции - просветления поверхности. Так, для данного примера лазерного излучения с длиной волны λ=0,8 мкм используют, как вариант, АП для защитного оптического покрытия из стекла К-208 - трехслойное покрытие Al2O3⋅2ZrO2⋅MgF2 [Защитные покрытия солнечных батарей космических аппаратов с большим ресурсом/ Летин В.А., Гаценко Л.С., Агеева Т.А., Суркова В.Ф. // Автономная энергетика. Технический прогресс и экономика. Журнал НПП 1 «Квант». М.: 2008-2009. №24-25, с. 3-13]. Для принятой интенсивности лазерного излучения, исходя из полученных КПД реальных ФЭ на базе GaAs, примем КПД преобразования энергии излучения в электричество фотоэлементов ηФЭ=0,45 [В.И. Кишко, В.Ф. Матюхин. Принципы построения адаптивных ретрансляторов для стратосферных систем передачи энергии. // Автометрия. 2012. Т. 48, №2. с. 59-66]. С тыльной стороны фотоэлементы каждого модуля через электроизолирующий слой установлены на теплоотводящей платформе-подложке, выполненной из сплавов на основе меди или серебра, для отвода отбросного тепла термодинамического цикла в систему охлаждения приемника-преобразователя. Фотоэлементы, по одному из каждого модуля, с помощью электропроводящих элементов параллельным соединением объединяются в группу с количеством фотоэлементов в каждой группе j, где j=n=144. Всего i групп, где i=m=9; группы далее последовательно соединяются в цепочку. Положим, падающий на приемную плоскость лазерный пучок диаметром d90=0,316 м образует на ней область светового пятна. В первом приближении оценим число k модулей, полностью попадающих в область светового пятна лазерного пучка, взяв за k целую часть от деления площади поперечного сечения лазерного пучка А90 и площади модуля s, т.е. k=A90÷s=(π⋅d90 2/4)÷s=(π⋅0,3162/4)÷(1,0⋅10-3)=78. Таким образом, будем считать, что в область светового пятна полностью попадает 78 модулей, которые в сумме содержат nм=k⋅m=78⋅9=702 фотоэлемента, причем в каждой группе из цепочки присутствует q фотоэлементов, принадлежащих модулям, полностью попадающим в область светового пятна, где q=k=78. Эти ФЭ из каждой группы освещаются лазерным пучком с различной интенсивностью, но практически одинаково повторяющейся в каждой группе суммарной мощностью лазерного излучения, падающего на эти q ФЭ, что поддерживается предлагаемой коммутацией ФЭ и условием s<<SПП. Причем, количество модулей в области светового пятна зависит от выбранной геометрии приемной плоскости, диаметра и угла падения лазерного пучка и должно отвечать условию 1≤k≤n. В процессе ресурсной эксплуатации приемника-преобразователя в космических условиях будем учитывать при выборе F возможность отжига радиационных дефектов в ФЭ для принятых в примере температурных условий и материала ФЭ на основе AlGaAs/GaAs, что утверждалось, например, в [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с. 119]. Примем для данного примера величину суммарного фактора, учитывающего особенности приемника-преобразователя и влияние внешних факторов, приводящих к возможной деградации параметров приемника-преобразователя, F=0,8. По уравнению (1) выполним оценку основной электрической характеристики приемника-преобразователя, которой является максимальная выходная электрическая мощность Р (эта мощность отличается от действительной выходной мощности, зависящей от нагрузки) при данных конкретных условиях работы и влиянии окружающей среды.The receiving plane mounted on the load-bearing structure of the receiver-transducer is made in the form of a square with area S PP = 0.144 m 2 , where the modules are evenly distributed in the amount of n = 144. The modules are made in the form of a square, the area of which is s = S PP / n = 0.144 / 144 = 1.0⋅10 -3 m 2 . As can be seen from comparing the areas of the module and the receiving plane, the required condition s << S PP is satisfied. Moreover, each module structurally represents a single unit, consisting of m = 9 photocells, identical in design, composition and electrically insulated from each other by an electrically insulating layer. In each module, from each PV through the back side, electrically conductive elements exit from the front contact grid and the back contact for further switching PV into groups. The front contact grid and the rear contact of the solar cells are made of Au-based material. On the front side of each module, the photocells are protected by an optical coating, since during prolonged exposure to PV in space conditions, their basic parameters degrade. As a protective optical coating, a glass plate of multicomponent glass with an antireflection coating (AP) is used, which reduces the reflection coefficient of the glass in the working spectral region of the PE due to the effect of interference — surface clearing. So, for this example of laser radiation with a wavelength of λ = 0.8 μm, they use, as an option, APs for a protective optical coating of K-208 glass — a three-layer coating Al 2 O 3 ⋅ 2ZrO 2 ⋅ MgF 2 [Protective coatings for space solar cells devices with a large resource / Letin V.A., Gatsenko L.S., Ageeva T.A., Surkova V.F. // Autonomous energy. Technological progress and economics. Journal of
С учетом использования антиотражающих покрытий, в рассматриваемом примере будем пренебрегать отражением лазерного излучения от защитного оптического покрытия. Оценим для данного примера мощность W лазерного излучения, которая не преобразована в ФЭ в электроэнергию. С лицевой стороны эта тепловая мощность будет отводиться излучением с внешней поверхности защитного оптического покрытия каждого модуля с ФЭ. С тыльной стороны, с помощью системы охлаждения приемника-преобразователя, тепловая энергия отводится от теплоотводящих платформ-подложек каждого модуля. Как отмечалось, для рассматриваемого в примере материала полупроводниковой структуры принято ограничение по максимальной температуре, обеспечивающее эффективную работу ФЭ, не превышающее Т=500 К. Также считаем, что в конструкции системы охлаждения предусмотрены меры по обеспечению работы ФЭ в равных температурных условиях. Обозначив через ΣW - мощность лазерного пучка, падающего на приемную плоскость, оценим отводимую мощность W из следующего выражения:Taking into account the use of antireflection coatings, in this example we will neglect the reflection of laser radiation from the protective optical coating. Let us evaluate for this example the power W of the laser radiation, which is not converted into PV into electricity. On the front side, this thermal power will be removed by radiation from the outer surface of the protective optical coating of each PV module. On the back side, using the cooling system of the receiver-converter, thermal energy is removed from the heat-removing platforms-substrates of each module. As noted, for the semiconductor structure material considered in the example, a limitation on the maximum temperature is adopted, which ensures the effective operation of the PV, not exceeding T = 500 K. We also believe that the design of the cooling system includes measures to ensure the operation of the PV in equal temperature conditions. Denoting by ΣW the power of the laser beam incident on the receiving plane, we estimate the extracted power W from the following expression:
W=ΣW-Р=(π⋅d90 2/4)⋅Eu⋅-Р=(π⋅0,3162/4)⋅1,0⋅105-2200=7843-2200=5643 Вт.W = ΣW-P = (π⋅d 90 2/4) ⋅E u ⋅-P = (π⋅0,316 2/4) ⋅1,0⋅10 5 -2200 = 7843-2200 = 5643 watts.
Не преобразованная в электричество электромагнитная энергия лазерного пучка в виде тепловой энергии разогревает защитное оптическое покрытие ФЭ, выполненное на основе стеклянных пластин. При работе приемника-преобразователя в космических условиях, одна часть этой энергии излучением Qизл сбрасывается в космическое пространство с внешней поверхности защитного оптического покрытия с коэффициентом теплового излучения, в диапазоне длин волн более 5 мкм, εc=0,95 [Л.А. Новицкий, Б.М. Степанов. Оптические свойства материалов при низких температурах. Справочник. Москва, Машиностроение, 1980, с. 170].Not converted into electricity, the electromagnetic energy of the laser beam in the form of thermal energy heats the PV protective optical coating based on glass plates. When the receiver-converter is operating in space conditions, one part of this energy is emitted by Ql radiation into outer space from the outer surface of the protective optical coating with a thermal radiation coefficient in the wavelength range of more than 5 μm, ε c = 0.95 [L.A. Novitsky, B.M. Stepanov. Optical properties of materials at low temperatures. Directory. Moscow, Mechanical Engineering, 1980, p. 170].
Используя закон теплового излучения Стефана-Больцмана, определим Qизл из выраженияUsing the law of thermal radiation by Stefan-Boltzmann, we determine Q rad from the expression
где σ - постоянная Стефана-Больцмана, σ=5,67⋅10-8 Вт/(м2⋅К4).where σ is the Stefan-Boltzmann constant, σ = 5.67⋅10 -8 W / (m 2 ⋅K 4 ).
Qизл=εс⋅σ⋅Т4⋅SПП=0,95⋅5,67⋅10-8⋅5004⋅0,144=485 Вт.Q rad = ε with ⋅σ⋅Т 4 ⋅S ПП = 0.95⋅5.67⋅10 -8 ⋅500 4 ⋅0.144 = 485 W.
Другая часть тепловой энергии Qтеп через тыльные контакты ФЭ и через электроизолирующий слой теплопроводностью передается теплоотводящей платформе-подложке. Откуда тепловая энергия Qтеп поступает в систему охлаждения приемника-преобразователя в количестве Qтеп=W-Qизл=5643-485=5158 Вт.Another part of the thermal energy Q tep is transferred through the back contacts of the FE and through the electrical insulating layer by the heat conductivity to the heat-removing substrate platform. Where the thermal energy Q tep enters the receiver-converter cooling system in an amount of Q = WQ tep rad = 5643-485 = 5158 watts.
Как видно из результатов расчетной оценки, система охлаждения с пассивным охлаждением, даже с привлечением для радиационного сброса тепла тыльной поверхности приемной плоскости, не решает проблему обеспечения предельной температуры ФЭ на уровне, не превышающем Т=500 К. Поэтому в космических условиях для рассматриваемого приемника-преобразователя наиболее вероятна активная система охлаждения с использованием холодильника-излучателя, куда передается тепло Qтеп, например, тепловыми трубами, установленными с тыльной стороны приемной плоскости внутри сотовой конструкции, как выполнено, например, в [RU 2566370, МПК: G01J 5/58 (2006.01), опубл. 27.10.2015], и далее радиационно сбрасывается в космическое пространство.As can be seen from the results of the calculation estimate, a cooling system with passive cooling, even involving the back surface of the receiving plane for radiation heat rejection, does not solve the problem of ensuring the maximum PE temperature at a level not exceeding T = 500 K. Therefore, in space conditions for the receiver under consideration, of the converter, the most likely active cooling system using a refrigerator-emitter, where heat is transferred Q heat , for example, by heat pipes installed on the back of the receiver speed inside the honeycomb structure, as is done, for example, in [RU 2566370, IPC:
Использование достаточно миниатюрных ФЭ на основе полупроводниковых гетероструктур, площадь которых может быть порядка квадратного сантиметра [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с.110], при последовательно-параллельной коммутации приводит к схемным потерям. Объединение ФЭ на общей теплоотводящей платформе-подложке в фотоэлектрические модули, одинаковые по конструкции, составу и используемым материалам, позволяет стандартизировать технологию изготовления модулей. Упрощается сборка приемной плоскости из отдельных модулей, что приведет к снижению схемных потерь и увеличению КПД приемника-преобразователя.The use of sufficiently miniature PVs based on semiconductor heterostructures, the area of which can be on the order of a square centimeter [V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov. Solar energy and space travel. M .: Nauka, 1984, p.110], with serial-parallel switching leads to circuit losses. The combination of PV on a common heat sink platform-substrate into photovoltaic modules, identical in design, composition and materials used, allows standardizing the manufacturing technology of modules. The assembly of the receiving plane from individual modules is simplified, which will lead to a reduction in circuit losses and an increase in the efficiency of the receiver-converter.
Приведем вывод уравнения (1) для оценки максимальной выходной электрической мощности Р наземного или космического приемника-преобразователя, используя соотношение для солнечной батареи из [Г. Раушенбах. Справочник по проектированию солнечных батарей. М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 73]. Максимальную выходную электрическую мощность Р приемника-преобразователя будем оценивать из соотношенияWe present the derivation of equation (1) for estimating the maximum output electric power P of a ground or space receiver-converter using the relation for a solar battery from [G. Rauschenbach. Solar Design Guide. M .: Energoatomizdat, 1983. P. 73]. The maximum output electric power P of the receiver-converter will be estimated from the relation
где Еu - средняя плотность мощности в поперечном сечении лазерного пучка, содержащем u% полной мощности пучка, на Земле или в космосе, Вт/м2;where E u is the average power density in the cross section of the laser beam containing u% of the total beam power, on Earth or in space, W / m 2 ;
α - угол между осью лазерного пучка и нормалью к приемной плоскости;α is the angle between the axis of the laser beam and the normal to the receiving plane;
ηФЭ - КПД фотоэлемента;η FE - the efficiency of the photocell;
Au - площадь поперечного сечения лазерного пучка, м2;A u - the cross-sectional area of the laser beam, m 2 ;
F - суммарный фактор, учитывающий влияние внешних факторов на деградацию параметров приемника-преобразователя;F is the total factor, taking into account the influence of external factors on the degradation of the parameters of the receiver-converter;
Кзап - коэффициент заполнения приемной плоскости фотоэлементами.To zap - fill factor of the receiving plane with photocells.
В соотношение (3) подставляем Аu из выражения Au=π⋅du 2/4. Коэффициент заполнения приемной плоскости фотоэлементами определим из выраженияThe relation (3) substitute the expression of A u A u = u π⋅d 2/4. The fill factor of the receiving plane with photocells is determined from the expression
После подстановки в (3) выражения для Аu и выражения Кзап из (4) получаем уравнение (1):After substituting in (3) the expression for A u and the expression K app from (4), we obtain equation (1):
Необходимо отметить, что суммарный ток, генерируемый в каждой группе, в общем случае будет различен, поскольку складывается из основного тока, генерируемого ФЭ модулей, попавших в область светового пятна, и фототоков от отдельных ФЭ, входящих в частично освещенные модули. Кроме того, будет различен и основной ток в каждой группе от ФЭ модулей, попавших в область светового пятна из-за неравномерного освещения ФЭ в модуле. Причем отклонение суммарного тока в группе от основного тока для данного du будет тем выше, чем больше отклонение от выполнения условия s<<SПП. В любом случае ток в цепочке последовательно соединенных групп будет определяться током наихудшего из них.It should be noted that the total current generated in each group will generally be different, since it consists of the main current generated by the PV modules that fall into the light spot region and the photocurrents from individual PVs that are part of the partially illuminated modules. In addition, the main current in each group will be different from the PV modules that fall into the light spot region due to the uneven illumination of the PV in the module. Moreover, the deviation of the total current in the group from the main current for a given d u will be the higher, the greater the deviation from the fulfillment of the condition s << S PP . In any case, the current in the chain of series-connected groups will be determined by the current of the worst of them.
Необходимо также отметить, что эффективность работы приемника-преобразователя на основе полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) для преобразования электромагнитной энергии лазерного излучения высокой плотности определяется, при прочих равных условиях, в первую очередь двумя факторами.It should also be noted that the efficiency of the receiver-converter based on semiconductor photoelectric converters (PECs) for converting the electromagnetic energy of high-density laser radiation is determined, ceteris paribus, primarily by two factors.
Первый фактор определен тем, что ток в цепочке последовательно соединенных групп из параллельно соединенных ФЭ определяется минимальным током группы из этой цепочки, который в свою очередь определяется минимальной мощностью лазерного излучения, падающего на ФЭ этой группы.The first factor is determined by the fact that the current in the chain of series-connected groups of parallel-connected PVs is determined by the minimum current of the group from this chain, which in turn is determined by the minimum power of laser radiation incident on the PVs of this group.
Второй фактор определен физическим свойством полупроводниковых ФЭП, у которых типовые вольт-амперные характеристики (ВАХ) ФЭ одинаковых структур имеют нелинейный, почти прямоугольный характер [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с. 118] с практически равными фотоЭДС и возрастающими токами короткого замыкания при увеличении интенсивности облучения, что подтверждается экспериментально.The second factor is determined by the physical property of semiconductor photovoltaic cells, for which the typical current-voltage characteristics (I – V) of photovoltaic cells of the same structure are nonlinear, almost rectangular in nature [V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov. Solar energy and space travel. M .: Nauka, 1984, p. 118] with almost equal photo-emf and increasing short-circuit currents with increasing radiation intensity, which is confirmed experimentally.
Предлагаемая параллельно-последовательная коммутация ФЭ позволяет учитывать вышеприведенные факторы для создания эффективно работающего приемника-преобразователя.The proposed parallel-serial switching of the PV allows you to take into account the above factors to create an efficiently working receiver-converter.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016113207A RU2639738C2 (en) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | Laser light receiver-transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016113207A RU2639738C2 (en) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | Laser light receiver-transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016113207A RU2016113207A (en) | 2017-10-11 |
| RU2639738C2 true RU2639738C2 (en) | 2017-12-22 |
Family
ID=60120434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016113207A RU2639738C2 (en) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | Laser light receiver-transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2639738C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2801617C2 (en) * | 2021-11-22 | 2023-08-11 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method and device for recording pulsed optical signals under conditions of strong background illumination (variants) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8368162B2 (en) * | 2010-12-16 | 2013-02-05 | National Central University | Laser power converter for data detection and optical-to-electrical power generation |
| RU2499327C1 (en) * | 2012-04-11 | 2013-11-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Concentrated electromagnetic radiation receiver/converter |
| CN103531651A (en) * | 2013-10-28 | 2014-01-22 | 北京理工大学 | Sudoku-shaped laser-electric energy converter |
| GB2504977A (en) * | 2012-08-16 | 2014-02-19 | Astrium Sas | Laser Power Converter |
-
2016
- 2016-04-06 RU RU2016113207A patent/RU2639738C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8368162B2 (en) * | 2010-12-16 | 2013-02-05 | National Central University | Laser power converter for data detection and optical-to-electrical power generation |
| RU2499327C1 (en) * | 2012-04-11 | 2013-11-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Concentrated electromagnetic radiation receiver/converter |
| GB2504977A (en) * | 2012-08-16 | 2014-02-19 | Astrium Sas | Laser Power Converter |
| CN103531651A (en) * | 2013-10-28 | 2014-01-22 | 北京理工大学 | Sudoku-shaped laser-electric energy converter |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2801617C2 (en) * | 2021-11-22 | 2023-08-11 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method and device for recording pulsed optical signals under conditions of strong background illumination (variants) |
| RU2810708C1 (en) * | 2023-10-11 | 2023-12-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for detecting pulsed optical signals |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016113207A (en) | 2017-10-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ziar et al. | Photovoltatronics: intelligent PV-based devices for energy and information applications | |
| US6689949B2 (en) | Concentrating photovoltaic cavity converters for extreme solar-to-electric conversion efficiencies | |
| US7081584B2 (en) | Solar based electrical energy generation with spectral cooling | |
| CN100565939C (en) | Electrooptical device, electro-optical system and light electricity-generating method | |
| Datas et al. | Thermophotovoltaic energy conversion | |
| CA2172697A1 (en) | Thermovoltaic in-situ mirror cell | |
| US20100116318A1 (en) | Pixelated photovoltaic array method and apparatus | |
| US11152888B2 (en) | High efficiency photovoltaic cells with suppressed radiative emission due to chemical nonequilibrium of photoelectrons | |
| RU2487438C1 (en) | Photocell of space laser radiation detector-converter | |
| Khvostikov et al. | Laser (λ= 809 nm) power converter based on GaAs | |
| Swanson | Silicon photovoltaic cells in thermophotovoltaic energy conversion | |
| Khvostikov et al. | GaSb photovoltaic cells for laser power conversion | |
| EP1278248A1 (en) | High efficiency photovoltaic converter for high light intensities manufactured with optoelectronic technology | |
| Xian-long et al. | Improvements of PV receiver in laser wireless power transmission by non-imaging optics | |
| WO2009114284A2 (en) | Solar energy production system | |
| Khvostikov et al. | Ge-Based Photovoltaic Laser-Power Converters | |
| Fakidis et al. | On the design of a free space optical link for small cell backhaul communication and power supply | |
| RU2499327C1 (en) | Concentrated electromagnetic radiation receiver/converter | |
| RU2594953C2 (en) | Laser radiation receiver-converter | |
| RU2639738C2 (en) | Laser light receiver-transducer | |
| Xia et al. | Opportunities for increased efficiency in monochromatic photovoltaic light conversion | |
| CN106785856A (en) | Laser delivery of energy opto-electronic conversion synergisting method based on photovoltaic cell arrays circuit optimization | |
| Emelyanov et al. | Simulation of the characteristics of InGaAs/InP-based photovoltaic laser-power converters | |
| Fave et al. | GaAs converter for high power laser diode | |
| Bogushevskaya et al. | An experimental investigation of the feasibility of using silicone and gallium arsenide solar batteries on space vehicles for receiving energy of laser infrared emission |