Для повышения КПД термофотоэлектрических установок, пре­образующих в электроэнергию тепловое излечение и основанных на фотоэлементах из сравнительно узкозонных полупроводнико­вых материалов, кроме совпадения спектра излучения и спек­тральной чувствительности фотоэлемента, большое значение имеет теплообмен излучением между преобразователем и излучателем [201]. Совпадение спектров излучения и чувствительности, как уже указывалось, может быть обеспечено, например, выбором селективного излучателя из Ег203, который преобразует все сол­нечное излучение в тепловое, энергия которого находится в узком спектральном диапазоне X = 1 — н 2 мкм, и германиевого фото­элемента в качестве приемника и преобразователя этого излуче­ния в электроэнергию.

Обычно используется цилиндрическая конструкция термо­фотоэлектрических преобразователей: охлаждаемый цилиндр с фо­тоэлементами на внутренней стенке и с расположенным в центре излучателем [197, 201]. Если в такой конструкции фотоэлементы используют только наиболее фотоактивную для данного полупро­водникового материала часть теплового излучения, а остальное излучение отражают обратно к излучателю, то суммарный КПД системы повышается, поскольку для достижения той же темпера­туры источника излучения к нему должно быть подведено меньшее количество энергии. При использовании в термофотоэлектриче­ских преобразователях фотоэлементов, прозрачных за длинно­волновым краем основной полосы поглощения, часть падающего на фотоэлементы излучения может быть возвращена к излучателю с помощью отражающих покрытий, нанесенных на тыльную по­верхность таких фотоэлементов. Коэффициент отражения длинно-

волнового излучения фотоэлементами с покрытиями начинает при этом сильно влиять на суммарный КПД системы. Как пока­зал расчет, проведенный применительно к кремниевым фотоэле­ментам [201], при коэффициенте отражения в длинноволновой области 65% и температуре излучателя 2200 К суммарный КПД термофотоэлектрического преобразователя равен 10%, а при ко­эффициенте отражения, равном 98%, и той же температуре излу­чателя суммарный КПД повышается до 25%.

Как показал расчет (см. 1.4), такие значения коэффициента отражения теоретически могут быть получены при нанесении на тыльную поверхность кремниевых фотоэлементов, прозрачных в инфракрасной области спектра, отражающих покрытий, напри­мер, из серебра с диэлектрической пленкой MgF2 (между серебром и кремнием) оптимизированной толщины.

Проведен эксперимент с целью проверки результатов расчета. На тыльную поверхность нескольких прозрачных кремниевых фотоэлементов были нанесены методом испарения в высоком ва­кууме отражающие покрытия из меди, серебра и алюминия; на тыльную поверхность нескольких других прозрачных фотоэле­ментов была предварительно, перед осаждением отражающих
слоев, нанесена пленка MgF2; к нескольким прозрачным фотоэле­ментам были приклеены (к тыльной поверхности) с помощью про­зрачного кремнийорганического каучука толщиной 20—40 мкм пластины стекла с отражающими пленками меди, серебра и алю­миния. Для измерения интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения ас фотоэлементов был использован фото­метр ФМ-59, спектрального коэффициента отражения в области 1,0—3,0 мкм — инфракрасный спектрофотометр ИКС-12 с при­ставкой ИПО-12.

Для прозрачных фотоэлементов с отражающими слоями на тыльной поверхности (на рабочей поверхности трехслойное по­крытие ZnS + каучук + стекло) ас = 0,77 0,78, что несколь­

ко выше ас = 0,72, полученного для фотоэлементов, пропуска­ющих инфракрасное излучение (см. главу 2), но значительно меньше коэффициента ас = 0,92, характерного для фотоэлемен­тов обычной конструкции. Уменьшение коэффициента ас с 0,92 до 0,77 означает снижение равновесной температуры фотоэле­ментов на 15° С [202] и увеличение КПД за счет этого на 6—7 ?6.

Результаты измерения спектрального коэффициента отражения представлены на рис. 4.11, из которого видно, что с помощью раз­работанных покрытий удается экспериментально получить R = = 96 — н 99% в области спектра 1,2 — 2,0 мкм. Это означает, что создание термофотоэлектрических преобразователей с КПД при­мерно 25% является вполне реальным.

4.5.