НЕУТОМЛЁННЫЕ СОЛНЦЕМ
На большом экране высветилось: «Институт физики полупроводников приветствует академика Ж. И. Алфёрова», и через несколько минут переполненный конференц-зал института аплодисментами встретил Нобелевского лауреата.
Галина Шпак, «НВС»
 |
| Копия диплома об избрании Нобелевского лауреата Почетным председателем ученого совета ИФП изготовлена новосибирскими химиками с использованием высоких технологий.
|
Расширенное публичное заседание ученого совета ИФП СО РАН 1 февраля началось с небольшой церемонии. Обращаясь к присутствующим, директор института академик А. Асеев напомнил, что Жорес Иванович Алфёров избран почетным председателем ученого совета Института физики полупроводников, соответствующие регалии ему были вручены в Москве, в Президиуме РАН. А в Новосибирске наши химики изготовили с использованием высоких технологий твердую копию документа, как выразился А. Асеев, с удовольствием вручив сувенир своему старшему коллеге. И это еще не всё. Стараниями историков Сибирского отделения в архивах найдены документы, подтверждающие, что отец Ж. Алфёрова — инженер Иван Карпович Алфёров в 1937-1938 гг. работал в тресте «Запсибтранслес» в г. Новосибирске. Так что наш город не совсем чужой для Жореса Ивановича — в Новосибирске будущий Нобелевский лауреат пошел в первый класс. В ответном слове Ж. Алфёров выразил признательность за оказанную честь и напомнил, что последний раз бывал в Академгородке в 1986 году и рад, что общественная новая должность обязывает время от времени приезжать из Санкт-Петербурга в Новосибирск. Вторая встреча в этом году состоится летом, в июне, на юбилейных мероприятиях в честь 50-летию СО РАН и XV Международном симпозиуме «Наноструктуры: физика и технология». (В дни пребывания Ж. Алфёрова в Новосибирске состоялось заседание оргкомитета симпозиума.)
Пользуясь уникальным случаем, А. Асеев напомнил, что Жоресу Ивановичу вместе с другим Нобелевским лауреатом — Лео Есаки — принадлежит идея организации этого международного симпозиума, который впервые пройдет именно в новосибирском Академгородке. Директор ИФП СО РАН познакомил почетного председателя ученого совета и всю аудиторию с основными научными направлениями и разработками института, в том числе связанными с солнечной энергетикой, отметив работы, находящиеся в стартовом состоянии: «Как только потребуется, исследователи не заставят себя ждать, будут готовы сразу включиться в масштабную работу по практической реализации результатов».
 |
| В лаборатории электронной микроскопии и субмикронных структур (в.н.с. А. Гутаковский, ак. Ж. Алфёров, зав. лаб. д.ф.-м.н. А. Латышев, ак. А. Асеев).
|
Физики понимают друг друга с полуслова, тем более, что Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе (ФТИ, Ленинград-Санкт-Петербург), с которым связана вся жизнь Ж. Алфёрова, давно сотрудничает с нашим Институтом физики полупроводников. Для уточнения добавлю, что с питерским институтом связано формирование всей советской, российской школы физиков, настолько широко он работал и работает (год создания института — 1918). Мощные традиции чувствуются и в делах ИФП СО РАН. И без всякого преувеличения Ж. Алфёров отметил, что коллектив института действительно по-настоящему активно работает, имея очень много исследований мирового класса. «Конечно, печально, что многие из них не востребованы отечественной промышленностью; институт поэтому в каком-то смысле выполняет необычные для РАН функции производителя высокотехнологической продукции».
Оглядывая зал, Ж. Алфёров искренне порадовался, что видит столько молодых лиц, а это свидетельствует о том, что в новосибирском Академгородке успешно действует система подготовки кадров. «Мы, — отметил Ж. Алфёров, — в какой-то степени копировали систему Академгородка, когда создавали в Санкт-Петербурге свой Академический физико-технологический университет с лицеем и физико-технической школой в составе Научно-образовательного центра. Наши связи с Академгородком, Институтом физики полупроводников, Новосибирским госуниверситетом и физико-математической школой Академгородка будут укрепляться».
Такое важное предисловие к основной повестке дня заседания ученого совета ИФП усилило неожиданность темы доклада Ж. Алфёрова: «Полупроводниковые гетеропереходы в солнечной энергетике». Объясняя свой выбор, он не ограничился общими словами о том, что энергетика играет огромную роль в жизни мирового сообщества: «В наше время исследования в области разработки энергетических концепций становятся не только научно-технической, но и в какой-то степени политической проблемой. Мы видим, что о проблемах энергетической безопасности говорится и пишется предостаточно».
Энергетические ресурсы, мировое распределение энергетических потоков и соответствующие проблемы обостряются в XXI веке. И сейчас, по словам Ж. Алфёрова, на новом этапе особое значение приобретают методы преобразования солнечной энергии в электрическую. Кстати, он рассказал о любопытных фактах почти пятидесятилетней давности — о заявлении Римского клуба (известная международная организация экспертов), в котором обосновывались пределы роста человеческой цивилизации, прежде всего, связанные с энергетическими проблемами. В данном случае даже Солнце светит для всех неодинаково. А если говорить о фотоэлектрическом преобразовании солнечной энергии, нужно всегда помнить, как сказал докладчик, первых создателей полупроводниковых приборов, американских ученых В. Адамса и Р. Дея. В 1876 году они опубликовали свою статью, в которой описывался поликристаллический фотоэлемент на гетероструктуре селен-кадмий-селен.
Слушая увлекательный рассказ знаменитого физика, трудно даже представить столько было написано в мире статей и монографий за 130 лет! Из века девятнадцатого — в двадцатый и в начало двадцать первого — в историческом ракурсе представил Жорес Иванович развитие исследований физики полупроводников, и конкретно — гетеропереходов, открытия в этих областях науки, выделяя основные этапы, называя имена ученых и место действия. (Не удержусь: память у Нобелевского лауреата потрясающая!). В мировом контексте, естественно, и его собственные открытия.
Сожалею, но придется выборочно и пунктирно обозначить услышанное на лекции. Очень любопытный эпизод, связанный с солнечной энергетикой. В 1938 году аспиранты Абрама Федоровича Иоффе Б. Коломиец и Ю. Маслаковец сделали серно-таллиевый фотоэлемент с коэффициентом полезного действия 1,1 %. И Абрам Федорович почти сразу написал статью, что нужно покрывать крыши зданий такими фотоэлементами и таким образом обеспечивать энергетические потребности непосредственно в зданиях.
— Сегодня, как известно, работают программы «Сто тысяч крыш» в Германии, и «Миллион крыш» в Японии и Соединенных Штатах Америки. Таким образом, — констатировал Ж. Алфёров, — реализуются идеи А. Ф. Иоффе, но совершенно на другом уровне.
По-настоящему реальный сдвиг в солнечной фотоэнергетике произошел в 1954 году. В то время в СССР — в Физико-техническом институте в Ленинграде и Физическом институте в Москве — были созданы кремниевые элементы, ставшие основой для производства космических солнечных батарей. Ж. Алфёров назвал имя Н. Лидоренко, блестящего организатора работ по фотоэнергетике и источникам тока. И с 1958 года полупроводниковые солнечные батареи остаются не только основным, но практически единственным источником энергии в космосе (другие носят экспериментальный характер).
Энергетический кризис в США в начале 1970-х годов подтолкнул к развитию альтернативной энергетики. Тогда в США возникла программа, связанная с солнечной энергетикой. Она была рассчитана на 30 лет. В то время и в нашей стране создавались подобные программы развития фотоэнергетики наземного применения, но дальше отдельных экспериментов дело не пошло по разным причинам.
— Почему я считаю, что нужно возвращаться к очень широкой программе использования солнечной энергетики?
Задавая риторический вопрос аудитории, Жорес Иванович, анализируя, показал содержательное преимущество фотоэнергетики по сравнению с атомной и термоядерной, хотя не отрицал их необходимость. И тут же буквально сыпал цифрами и фактами другого свойства, но «в строку». Например, сказал: «Не будем забывать, что магнитный реактор (идея и конструкция машины. — прим. ред.) — это реакция Андрея Дмитриевича Сахарова на предложение матроса Тихоокеанского флота Олега Лаврентьева об использовании термоядерных реакций с электростатической ловушкой, и в 1951 году А. Сахаров и И. Тамм предложили «Токамак». Разумеется, Жорес Иванович напомнил и о знаменитой лекции И. Курчатова в Англии, с которой началось рассекречивание работ по ядерной физике в мире: «Доклад с научно-политической точки зрения сыграл гигантскую роль и стимулировал международное научно-техническое сотрудничество».
В то время, кажется, вся наша страна зачитывалась научно-популярными книжками. Как звучит — «Ярче тысячи солнц!» Так вот, всем известно, что существует природный термоядерный реактор, и он работает надежно много-много лет, и есть надежды, что он будет работать так же безотказно и дальше.
— Это наше Солнышко, — сказал, посмеиваясь, академик Алфёров. — Абсолютно среднего класса звезда — основной источник энергии. И с точки зрения энергетических возможностей, безусловно, эта звезда перекрывает потребности человечества на столетия. И принципиально важная вещь, что мы не меняем энергетического баланса планеты. Но проблема в том, как эту энергию получить экономично и достаточно дешево. И технических проблем — несметное количество.
В числе различных способов преобразования солнечной энергии самый перспективный, по мнению физика Ж. Алфёрова, и почти единственный в своем роде — метод преобразования с помощью полупроводниковых гетероструктур. Он продемонстрировал известный график, на котором показано, как зависит коэффициент полезного действия в солнечных батареях от ширины запрещенной зоны полупроводника. Немонотонность этой зависимости связана с механизмом превращения солнечной энергии в электрическую: когда ширина запрещеннной зоны маленькая, практически весь солнечный свет поглощается, но фотоЭДС мала; если же ширина запрещенной зоны большая, часть света проходит без поглощения и уменьшается фототок. Поэтому в структуре с одним p-n переходом эффективность проебразования невелика. Гетероструктуры позволяют изготавливать p-n переходы из различных полупроводниковых материалов, формировать каскады различных p-n переходов и очень эффективно использовать практически весь солнечный спектр. Сегодня в космических применениях солнечные батареи на гетероструктурах стали основными, во всяком случае для всех спутников на средних и высоких орбитах.
Не вдаваясь в другие тонкости, почему солнечные батареи на полупроводниковых элементах наиболее перспективны, можно сказать, что эти приборы будут определять и определяют прогресс в этой области. Кстати, в этой области наноструктуры и нанотехнологии нашли применение еще несколько десятилетий тому назад.
Словом, история применения гетероструктур в солнечной энергетике «дошла» до использования квантовых ям, квантовых точек и концентраторов солнечного света. В этом случае и стоимость фотоэлемента снижается, и преобразованная в электрический ток солнечная энергия будет доступна для людей. Конечно, как отметил Ж. Алфёров, системы должны работать в тех районах Земли, где много солнечных дней.
 |
| В Большом зале Дома ученых Жорес Алфёров прочел лекцию «Альберт Эйнштейн и развитие квантовой электроники». |
Слушатели узнали и о том, какую роль будут играть возобновляемые источники энергии, прежде всего солнечная фотоэнергетика, как изменится ее статус к 2030 году. По данным Европейской комиссии по солнечной энергетике, в которой работает и Ж. Алфёров, вполне реальными становятся проекты создания солнечных станций с использованием солнечных батарей на гетероструктурах и концентраторов солнечного излучения. Оценки показывают, что переход на их производство позволит в 2-3 раза снизить стоимость пикового ватта на солнечных станциях до одного доллара за ватт. Здесь позволю себе отметить еще один «флажок» Жореса Ивановича: «Было бы идеальным, если бы удалось найти материалы для гетероструктуры с плавным изменением ширины запрещенной зоны фотоэлемента. А вот дорога использования p-n-структур прямая, но не простая, и требует дальнейшего развития эпитаксиальных технологий».
Отмечу и мысли вслух о самом себе и подобных ему, «неутомлённых солнцем»:
— Наверное, в пожилом возрасте мы все начинаем увлекаться преобразованием солнечный энергии, — и тут же он рассказал, как Николай Николаевич Семёнов, лауреат Нобелевской премии (1956 г.), не занимаясь непосредственно солнечными задачами, в свое время возглавлял совет по преобразованию солнечной энергии и был блестящим агитатором.
Показалось, что Жорес Иванович сумел убедительно доказать, что наша «звезда среднего класса» достойна внимания физиков и в задачах энергосбережения.
Фото В. Яковлева
и В. Новикова
стр. 3
|
