К полезному использованию солнечной энергии привлечено в на­стоящее время внимание большого числа исследователей во всем мире. Весьма заманчивым является экологически чистое превраще­ние в электричество и тепло энергии солнечных лучей, и вполне обоснованно, что на солнечную энергетику возлагаются сейчас большие надежды [1—5]. Резко возрос интерес как к теоретическим, так и к прикладным разработкам в области преобразователей солнечного излучения.

Всесторонне исследуются как фотохимические и биологиче­ские (диссоциация воды на водород и кислород, ускоренное про­изводство органического топлива за счет фотосинтеза и др.), так и физические (с помощью полупроводников, тепловых машин и т. д.) способы использования солнечной энергии, причем послед­ние в настоящее время в несколько раз (а то и в десятки раз) эффективнее.

Среди физических способов [61 преобразования солнечного излучения в другие виды энергии можно выделить несколько наи­более перспективных: теплоэнергетический [7], в котором исполь­зуется трехступенчатая система концентратор солнечного излуче­ния — высокотемпературный теплоприемник — тепловая машина, термоэлектрический 18], термоэмиссионный [9] и фотоэлектриче­ский [10].

Разработка теплоэнергетического метода преобразования, ис­пользующего хорошо известные в теплоэнергетике узлы, такие, как тепловые машины, была начата еще в прошлом веке. В 1878 г. на Всемирной выставке в Париже от концентратора с паровым кот­лом, установленным в его фокусе, работал печатный станок, вы­пускавший в час 500 экз. газеты «Солнце». В 50-х годах нашего столетия в СССР [11] и в 70-х годах в США [12] и Японии [13] выполнено несколько проектов больших солнечных электростан­ций с центральным котлом, установленным на высокой башне. Считается вполне реальным, что теплоэнергетический способ позволит преобразовывать солнечную энергию в электрическую с КПД, превышающим 20%.

Столь же высоких результатов удалось достичь в последнее время на практике в фотоэлектрическом методе преобразования 114]. Тем самым открываются возможности широко использовать

на Земле полупроводниковые солнечные батареи, которые в те­чение вот уже почти 20 лет, начиная с 1958 г. [15J, служили на­дежным источником электроэнергии на борту космических аппа­ратов. Солнечные батареи еще сравнительно дороги, однако соз­дание матричных фотопреобразователей, способных эффективно преобразовывать солнечное излучение сверхвысокой плотности [16], открывает возможность резкого снижения стоимости получа­емой электроэнергии за счет использования дешевых концентра­торов.

Преобразователи солнечной энергии, основанные на различных физических принципах, имеют три оптические поверхности: отражающую поверхность концентратора, приемную поверхность фото — или термопреобразователя и теплоизлучающую поверхность радиатора-охладителя. Тепловой баланс каждой из этих поверх­ностей сложен и многообразен даже в том случае, когда преобра­зователь солнечной энергии работает в условиях исключительно радиационного теплообмена (например, в космосе или в вакууми — рованной оболочке на Земле). Оптические поверхности преобра­зователей солнечной энергии являются приемником и источником теплового излучения в далеких друг от друга областях спектра. Это обстоятельство, усложняющее тепловые расчеты, позволяет в то же время влиять одновременно как на тепловоспринимающие, так и на теплоизлучающие свойства поверхностей, значительно изме­няя их, причем зачастую в противоположном направлении. Иными словами, появляется возможность управлять характери­стиками оптических поверхностей путем придания им селективных (резко отличных в соседних спектральных интервалах) оптиче­ских свойств и повышать тем самым КПД преобразователей сол­нечной энергии. Для достижения этой цели могут быть использо­ваны как механическая обработка поверхности (например, созда­нием микрорельефа определенной геометрической формы), так и нанесение однослойных и многослойных селективных оптических покрытий [17].

Селективные оптические покрытия позволяют изменять тепло­вой баланс поверхностей и аппаратов (особенно в космосе в усло­виях исключительно радиационного теплообмена), защищать полупроводниковые приборы от воздействия корпускулярной радиации, получать практически любое распределение коэффи­циента отражения от оптической поверхности, добиваться про­светления, т. е. уменьшения отражения без поглощения света самим покрытием, в области спектральной чувствительности полу­проводниковых и оптических приборов. В наиболее сложных слу­чаях, например при работе солнечных батарей в космосе, селек­тивные оптические покрытия должны решать все перечисленные выше задачи одновременно. Сложной проблемой является получе­ние покрытий, обладающих не только необходимыми оптическими характеристиками, но и полностью сохраняющих их при длитель­ной эксплуатации в космических или земных условиях, в связи с чем свойства селективных покрытий и поверхностей должны очень слабо изменяться при длительном воздействии ультрафио­летового излучения Солнца, корпускулярного облучения, микро — метеоритных потоков, глубокого вакуума, повышенной влажности и резкого термоциклирования в вакууме или па воздухе.

В результате исследований, выполненных в разных странах мира в основном в последнее десятилетие, для каждого типа пре­образователей солнечной энергии удалось создать покрытия, близкие по свойствам к оптимальным и отличающиеся высокой стабильностью.

Как будет показано в книге, селективные покрытия позволяют сохранить в теплоприемнике до 90% энергии падающего солнеч­ного излучения, почти на 50% повысить КПД фотогенераторов, в десятки и сотни раз увеличить срок активного существования солнечных батарей в радиационных поясах Земли.

Разработанные селективные поверхности и покрытия находят широкое применение не только в области преобразования сол­нечной энергии, ной в полупроводниковых источниках и прием­никах когерентного излучения [181, радиаторах космических аппаратов [19], детекторах ядерных частиц [20] и во многих дру­гих областях современной техники.

Можно с уверенностью сказать, что теоретическое обоснование и разработка селективных оптических поверхностей и покрытий представляют новое направление в области преобразования энер­гии, имеющее большое научное и практическое значение.