分类： 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间： 2024-06-27
摘要： 为提升辐射伏特电池的总转换效率和输出功率，综合考虑耗尽区宽度、扩散长度及电极结构等因素对电荷收集效率、总转换效率及输出功率的影响，通过优化换能器件及电极结构，成功制备出总转换效率及输出功率较高的63Ni-SiC基PIN结换能器件。所制备的辐伏电池的短路电流、开路电压、输出功率及总转换效率分别达到了10.29 – 13.43 nA/cm2、1.32 – 1.44 V、11.66 – 14.69 nW/cm2及2.24% –2.82%。与团队之前的工作相比，开路电压、FF因子及总转换效率分别平均提高了127.50%、114.47%及512.10%，且总转换效率高于文献报道的结果（0.5% – 1.99%）。结果表明，通过采用具有“浓度梯度层I层”的PIN结构、优化结区宽度和掺杂浓度，以及优化电极材料和结构，可显著提升辐伏电池的总转换效率和输出功率，为辐伏电池的设计与制备提供了重要的理论参考和实验依据。
分类： 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间： 2024-06-27
摘要： 为提升辐射伏特电池性能，研究了耗尽区宽度、扩散长度及电极结构等因素对输出功率的影响，并通过放射源厚度、换能器件结构、电极等方面的设计优化和工艺改进，制备获得了放射源与换能器件集成化的氚化钛-SiC基辐射伏特电池。与未集成化的氚化钛-SiC基电池的测试结果相比，氚化钛与换能器件集成化的方式显著提升了辐射伏特电池的输出性能，其中最大输出功率达到了21.4 nW，在已公开报道的同类型辐射伏特电池中处于较高水平。本工作为制备高性能辐射伏特电池提供了有价值的参考。
分类： 核科学技术 >> 核动力工程技术 提交时间： 2024-02-01
摘要： 贝塔辐射伏特核电池，利用放射性同位素所释放的贝塔粒子来实现电能转化，被广泛视为一项备受期待的替代能源技术。为满足微机电系统（MEMS）的功率需求，研究人员已提出采用三维（3D）结构作为一种潜在的解决方案。在此背景下，本研究引入了一种全新的3D电池设计，基于63Ni-SiC材料构建了一种P+PNN+多沟槽结构。这一结构的独特之处在于，无需在半导体器件的沟槽内表面外延PN结，以降低漏电流和功率损失。通过蒙特卡洛模拟方法，充分考虑了完全耦合的物理模型，我们成功将电子-空穴对产生率（G(x)）扩展到了3D结构中，使得高效设计和开发具有复杂3D结构的贝塔辐射伏特电池成为可能。研究结果表明，相较于传统的平面电池，我们提出的3D电池在最大输出功率密度方面表现卓越，达到了19.74 W/cm2，相应的短路电流、开路电压和转换效率分别为8.57 A/cm2、2.45 V和4.58%。此外，我们还利用COMSOL Multiphysics软件对载流子的传输和收集特性进行了深入分析，为电池输出功率提升机制提供了深刻见解，并对贝塔辐射伏特电池的理想性能与仿真性能之间的差异进行了阐释。本研究为高输出性能的贝塔辐射伏特核电池的设计与优化提供了前瞻性方法，同时也为未来电池器件制造提供了有价值的参考。
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