Миниатюрные электронные устройства, состоящие из полупроводниковых слоев толщиной в несколько микрометров, незаметно становятся ключевым элементом современных систем безопасности и обороны. Фотовольтаика предлагает инновационную альтернативу традиционным источникам питания, обеспечивая тихую, необнаруживаемую и устойчивую подачу электроэнергии в местах, где другие методы бессильны. Солнечные элементы превращаются в невидимых стражей нашей повседневной безопасности.
Цифровые системы удаленного мониторинга получают все большее распространение – от частной недвижимости и коммерческих зданий до дорог, аэропортов и пограничного контроля. Развитие электронных камер и сенсоров позволяет контролировать впечатляющее количество параметров: от простых датчиков движения до сложных инфракрасных систем пассивного и активного обнаружения. Высококачественные цифровые камеры, подключенные к сети, могут передавать данные на сервер, где искусственный интеллект анализирует ситуацию, выявляет потенциальные угрозы и идентифицирует подозреваемых по лицу или номерному знаку. В то же время датчики дыма и тепла предотвращают лесные пожары, а детекторы угарного газа спасают жизни в домах и на производстве.
Главная особенность таких систем – их широкое рассредоточение на контролируемой территории, часто вдали от линий электропередач, а также необходимость в дистанционном управлении и беспроводной связи. Нередко оборудование размещается временно, например, на строящихся объектах, и должно работать непрерывно. Критически важно, чтобы эти системы были неуязвимы для отключения электроэнергии, будь то из-за аварии или преднамеренных действий злоумышленников. При этом стоимость прокладки кабелей и установки трансформаторов в сельской местности может многократно превышать цену самих датчиков и камер.
Электроника, используемая в камерах и сенсорах, работает от низковольтного постоянного тока, что делает аккумуляторы очевидным решением. Однако даже современные литий-ионные батареи уязвимы к условиям окружающей среды, имеют значительный вес и ограниченный ресурс. Здесь на помощь приходит фотовольтаика. Недорогие, компактные и потенциально гибкие солнечные элементы, интегрированные с контроллером заряда и миниатюрным аккумулятором, открывают огромные возможности для систем наблюдения. Сегодня мы наблюдаем начальный этап развития таких устройств, оснащенных микромодулями из монокристаллического кремния первого поколения, которые еще требуют оптимизации.
Другая важная сфера применения связана с современным военным оборудованием. Практически во всех аспектах современного боя – от телекоммуникаций и систем обнаружения противника до управления беспилотниками – использование электроники имеет решающее значение. Доставка электроэнергии является основой боеспособности любой армии. Традиционные топливные генераторы в этой роли оказываются крайне неэффективными: они тяжелые, требуют постоянных поставок горючего, шумят и выделяют больше тепла, чем электроэнергии, что делает их идеальной мишенью для систем наведения противника.
Для военных нужд гораздо эффективнее тонкопленочные гибкие фотоэлектрические модули. Легкие, сворачиваемые в рулон и портативные, они могут обеспечивать электричеством подразделения во время длительных боевых выходов. Ведутся эксперименты по снижению их заметности в оптическом и радиолокационном диапазонах с помощью придания модулям неправильной формы и использования эффективных антибликовых покрытий. Такие устройства легко интегрируются в конструкцию рюкзаков или палаток, а пиковая мощность прототипов уже достигает 1 кВт.
Для всех этих приложений необходима дешевая, эффективная и стабильная тонкопленочная фотоэлектрическая структура. Одним из потенциальных кандидатов является полупроводниковое соединение Sb2S3, которое в настоящее время исследуется в Лаборатории тонкопленочных энергетических материалов TalTech. Этот материал можно наносить недорогим и эффективным методом пиролиза с распылением, а его потенциальная эффективность преобразования выше, чем у традиционного кремния. Технология производства и структура материала позволяют достичь высокого уровня интеграции с элементами различных форм и размеров. Полупрозрачность этих слоев открывает возможность их нанесения на окна, визоры, линзы биноклей и другое оптическое оборудование, предвещая новую эру в развитии систем безопасности.