Аппазов Едуард Сейярович. Термофотовольтаїчні перетворювачі випромінювання високотемпературних технологічних процесів

Краткое описание

Аппазов Едуард Сейярович. Термофотовольтаїчні перетворювачі випромінювання високотемпературних технологічних процесів : Дис... канд. наук: 05.27.06 2006

Аппазов Е.С. Термофотовольтаічні перетворювачі випромінювання високотемпературних технологічних процесів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 Технологія, обладнання та виробництво електронної техніки, Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2006.
Дисертація присвячена дослідженню процесу ТФВ генерування для створення високоефективних ТФВ систем, що дозволили б утилізувати непродуктивні викиди тепла високотемпературних технологічних процесів в атмосферу. Розроблено алгоритм програми, що дозволяє на попередньому етапі проектування визначити основні параметри матеріалу, оцінити вихідні характеристики ТФВ перетворювачів при відомих умовах експлуатації. Запропоновано використання InN для виробництва ТФВ перетворювачів. За допомогою програми зроблена оцінка його ефективності і показані переваги перед GaSb традиційним матеріалом для термофотовольтаїки.
Розроблено стенд для контролю параметрів ТФВ перетворювачів. Проведено вимірювання тестового зразка ТФВ перетворювача на основі GaSb та показано відповідність експлуатаційних характеристик з розрахунковими даними. Показано задовільну узгодженість отриманих даних із вимірами на устаткуванні інших типів.

Розроблено математичну модель фізичного процесу та створено комп’ютерну програму, що дозволяє розраховувати основні вихідні характеристики ТФВ перетворювачів в залежності від характеристик матеріалу та умов експлуатації.. На основі результатів дослідження процесів випромінювання реальних тіл додані уточнення в математичну модель процесу ТФВ перетворення, зокрема, спектральні залежності коефіцієнта пропускання спектрального фільтра, Uрк, Iф, к.к.д. ТФВ - перетворювачів.
Розроблено та виконано метрологічну атестацію вимірювального стенду, здатного підтримувати температуру перетворювача, що тестується, в межах 100 400 К та відхилення максимуму спектра випромінювання ± 0,012мкм при визначенні навантажувальних характеристик ТФВ перетворювачів. Конструкція захищена Патентом України. Методика вимірювання впроваджена на ДП Дніпро-напівпровідники” в експериментальному виробництві.
На основі комплексного аналізу особливостей процесів теплообміну випромінюванням запропоновано та захищено Патентом України оптимальне для систем утилізації ІЧ випромінювання взаєморозташування елементів генератора - напівциліндр у напівциліндрі, завдяки якому забезпечується герметичність конструкції, спрощується монтаж на технологічному обладнанні та підвищується коефіцієнт опромінювання.
Запропоновано та захищено Патентом України застосування нітриду індію в якості матеріалу для ТФВ перетворювачів. Використання ТФВ перетворювачів на основі InN забезпечує переваги при підвищених температурах експлуатації перед відомими конструкціями ТФВ перетворювачів із антимоніду галію.
Встановлено залежності основних характеристик перетворювачів від умов експлуатації. Значеннядля InN дорівнюють 1,45710-3К-1, та 1,76610-3К-1при температурі 300К та 400К, відповідно, для джерела випромінювання з температурою 1973К. Температурні коефіцієнтидля InN складають 1,25810-3К-1та 1,39710-3К-1при температурі 300К та 400К, відповідно, для джерела випромінювання з температурою 1973К.
Показано, що конструкція тандемного ТФВ перетворювача на основі CuInSe2 InN має перспективи щодо використання в системах перетворення ІЧ випромінювання технологічних процесів завдяки відносно малозатратній технології виготовлення та достатньо високій ефективності (к.к.д. = 25,5 %, питома потужність 3,2 Вт/см2при Твипр=1900 К).
На основі експериментально визначених параметрів перетворювачів з GaSb та аналізу енергетичних та омічних втрат визначено вплив спектрального складу випромінювання та температури експлуатації на ефективність перетворення та підтверджено коректність розробленої математичної моделі.