Переход на современные кремниевые солнечные элементы может сократить стоимость энергоснабжения спутников до 90% и вдвое уменьшить вес солнечных панелей, необходимых для аппарата. К такому выводу пришли исследователи из Университета Суррея, опубликовавшие обзор в журнале Acta Astronautica. Об этом пишет издание Phys.org.
Кремний был стандартным материалом для космических солнечных элементов с 1958 по 1977 год, пока его не вытеснили арсенид-галлиевые элементы. С тех пор стандартом стали трёхпереходные элементы на основе галлия, индия и германия. Однако современные кремниевые гетероструктурные элементы достигли рекордной эффективности 27,8%, а тандемные перовскит-кремниевые — 34,85%.
Стоимость трёхпереходных космических элементов составляет от $250 до $450 за ватт, тогда как кремний стоит десятки центов. По данным на ноябрь 2025 года, средняя цена трёх основных кремниевых конструкций (PERC, TOPCon и гетеропереход) составила $0,275, $0,285 и $0,39 за ватт соответственно. Сырьё тоже дешевле: кремний стоит несколько долларов за килограмм, а галлий и германий — тысячи долларов.
Исследователи смоделировали два формата: одну грань 3U CubeSat (спутник размером с крупную буханку хлеба) и Micro Sat, построенный Surrey Satellite Technology Limited (SSTL). С учётом космического стекла, защищающего элементы, экономия составила от 85% до 90%. Ключевой вывод: доминирует в стоимости не сам кремний, а защитное стекло.
Кремниевые гетероструктурные элементы обеспечивают примерно вдвое большую удельную мощность — около 920–1000 Вт/кг против 455–505 Вт/кг у трёхпереходных. Это означает, что миссия может нести вдвое меньшую массу солнечных панелей при той же выходной мощности. Однако кремний менее устойчив к радиации — примерно в 2,6 раза хуже трёхпереходных элементов при той же толщине стекла, и трёхпереходные элементы сохраняют больше производительности после пяти лет на орбите.
Число запускаемых объектов выросло с примерно 120 в 2010 году до более чем 2800 в 2024-м. Средний спутник потребляет около киловатта. Предлагаемые космические солнечные электростанции могут потребовать структур размером в километры и выработки в гигаватты. По мнению авторов, такой спрос исчерпал бы весь рынок трёхпереходных элементов, но был бы незаметен для кремниевой промышленности.
Исследователи призывают рассматривать спутники как инфраструктуру: прогноз погоды, навигация, широкополосный интернет, мониторинг урожая и реагирование на стихийные бедствия зависят от них. Удешевление и облегчение спутников расширит доступ к этой инфраструктуре для небольших стран, университетов и стартапов. Кремний — единственный материал, производство которого уже работает в нужных масштабах, отмечают учёные.
Обзор выделяет ультрафиолетовое излучение как наименее изученный риск: современные кремниевые архитектуры деградируют под воздействием УФ, а гетероструктурные элементы — сильнее, чем PERC. Почти все испытания проводились с использованием UVA, а не более энергичного вакуумного ультрафиолета, присутствующего в космосе. Авторы рекомендуют тестировать элементы под высокоэнергетическим УФ, при перепадах температур реальной орбиты и под радиацией во время генерации энергии, а также вернуться к идее литиевого легирования, впервые описанной в 1966 году и позволяющей элементам восстанавливать радиационные повреждения.