Los convertidores fotoeléctricos compactos basados en arseniuro de galio son capaces de generar electricidad bajo la acción de rayos láser. El tamaño mínimo de los convertidores es de 0,2 mm. Permitirán desarrollar la tecnología de transmisión inalámbrica de energía a grandes distancias, que funcionará incluso en el espacio.
El método desarrollado por científicos del Instituto Físico-Técnico A. F. Ioffe de la Academia de Ciencias de Rusia ayudará no solo a proporcionar electricidad a los satélites y otras naves espaciales, sino también a transmitir electricidad desde el espacio a la Tierra. Los resultados de la investigación, apoyada por una beca de la Fundación Científica Rusa (FCR), se publican en la revista IEEE Electron Device Letters.
Se supone que una nave espacial en el sistema tendrá convertidores fotoeléctricos, y otra nave enviará un láser a ellos para cargarlos. Además, la energía también podrá transmitirse a la Tierra.
Los propios convertidores son una fina capa trapezoidal de 45 micrómetros de espesor hecha de una aleación de aluminio, galio y arsénico. Dejan pasar la radiación láser, refractándola de manera diferente en diferentes partes de la guía de ondas dependiendo del contenido de aluminio en la aleación. Esto permite cambiar la trayectoria del rayo láser con una longitud de onda de 0,85 micrómetros (parte infrarroja del espectro).
El rayo se dirige a la parte fotoactiva del convertidor, que está hecha de arseniuro de galio. Cuando las partículas de luz golpean el arseniuro de galio, que tiene regiones con conductividad electrónica y de huecos, se convierten en portadores de carga, y la energía de la luz se convierte en corriente eléctrica. En experimentos con los tamaños del fotoconvertidor, se descubrió que el tamaño más eficaz es de 0,2–0,75 mm, con una eficiencia de alrededor del 45%.
Aunque en el extranjero se informa de convertidores con una eficiencia de alrededor del 70%, su proceso de producción es mucho más laborioso, y la densidad de potencia convertida de la radiación láser incidente no supera los 30 vatios por centímetro cuadrado. Nuestra tecnología es más sencilla, y en comparación con los análogos existentes basados en silicio, los convertidores fotoeléctricos que hemos obtenido resultan ser un 10% más eficientes, y la densidad de potencia convertida de la radiación incidente alcanza los 10 kilovatios por centímetro cuadrado.
Al mismo tiempo, hay que señalar que todos los fotoconvertidores para los que se ha alcanzado una eficiencia de alrededor del 70% tienen en la superficie fotorreceptora el llamado recubrimiento antirreflectante, gracias al cual la luz incidente se absorbe mejor, y por lo tanto la eficiencia del convertidor aumenta en un 20-25 por ciento relativo. En este trabajo no aplicamos tal recubrimiento por la pureza del experimento y el ahorro de tiempo. Allí donde lo hicimos, la eficiencia alcanzó el 53%.
Los científicos planean obtener ensamblajes más complejos de muchos elementos fotográficos individuales para lograr una mayor densidad de radiación láser y un voltaje de decenas de voltios, necesario para una transmisión de energía más eficiente al consumidor.
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