[發明專利]高能光子向電力的轉換

有效

• 申請號: 201610882742.0
• 申請日: 2011-01-01
• 公開（公告）號: CN107123692B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: T.塔吉馬;M.賓德鮑爾
• 申請（專利權）人: 阿爾法能源技術公司
• 主分類號: H01L31/02
• 分類號: H01L31/02;H01L31/0232;H01L31/0256;H01L31/0352
• 代理公司: 72001 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 唐立;姜甜

本發明提供了用于將高能光子的能量轉換成電力的系統和方法，所述系統和方法采用帶有不同原子電荷的一系列材料，以利用通過單個高能光子經一連串俄歇電子發射的大量電子發射。在一個實施例中，高能光子轉換器優選地包括由夾在第二材料的層之間的第一材料的層構成的線性分層納米級晶圓，其中所述第二材料的原子電荷數不同于所述第一材料的原子電荷數。在其他實施例中，納米級的層以管狀或殼狀構型被構造和/或包括第三絕緣材料的層。

技術領域

本文所描述的實施例一般地涉及光子能量轉換，并且更具體地，涉及便于能量從高能光子向電力的轉換的系統和方法。

背景技術

存在許多已知的將光學范圍內的光子能量轉換成電力的裝置，舉例來說諸如光伏電池(“太陽能電池”)。這些裝置通常由具有不同物理特性，諸如為不同電子親和勢(見P. Wüerfel的“太陽能電池物理”，第一版，Wiley-VCH(2004))的至少兩種材料(即硅基半導體)構成。當所述材料中的一種被陽光照射時，太陽光子將光電子從價帶激發至導帶，這提供了電遷移。價帶與導帶之間的能隙通常為電子伏的量級，這與入射太陽光子的能量類似。具有不同電子親和勢的兩種材料的布置在材料邊界兩端引起電壓，該電壓可以被分接以得到電能。

然而，沒有已知的用于將來自在諸如XUV、X和伽馬射線的高能光子狀態下操作的光子的能量轉換成電力的裝置。這樣的裝置可被用在廣泛的應用中-例如，這樣的裝置可被用作能量轉換器，用于由舉例來說諸如乏裂變燃料棒的放射性材料發射的、從舉例來說諸如爆炸物的爆震源發射的以及從高溫等離子體和加速粒子束發射的高能光子的轉換，并且這樣的裝置可被用作空間應用中的裝置，作為電源、屏蔽等。提供這樣的裝置的困難源自于高能光子對于物質的高穿透性，這是由于當與可見光相比較時，這樣的光子與物質少得多的交互，并且源自于這樣的事實：即對于大多數材料，電子的平均自由程通常比高能光子的平均自由程短，兩者相差多個數量級。由于平均自由程的這種差異，從用于捕獲高能光子的材料中的原子發射的電子傾向于屈服于重新組合，而它們的能量在高能光子捕獲材料內轉換成熱能。

因此，理想的是提供便于能量從高能光子向電力的轉換的系統和方法。

發明內容

本文所描述的實施例針對能量從高能光子向電力的轉換。本文所提供的實施例的基本原理基于通過高能光子使電子從原子的射出(包括位于深處的內殼層電子從高原子數(高Z)材料的原子的射出)。射出的電子攜載動能，該動能能夠導致射出的電子向裝置的不同區域遷移，在這些區域中，射出的電子的聚集能夠產生電勢，該電勢進而能夠驅動外部電路。所關注的光子譜包括處于不可見狀態的光子，所述不可見狀態包括但不限于XUV射線、X射線、伽馬射線等。

本文所提供的系統和方法采用帶有不同原子電荷的一系列材料，以利用通過單個高能光子經一連串俄歇電子發射的大量電子發射。在一個實施例中，高能光子轉換器優選地包括由用于吸收高能光子并且發射電子的材料的第一多個層與用于吸收或收集電子的其他材料的第二多個層的組合制成的線性分層納米級晶圓。所述第二多個層的材料的原子電荷數不同于所述第一多個層的材料的原子電荷數。所述第一和第二多個層優選地并排地(即面對面地)橫向層疊，介于彼此之間并且與高能光子的傳播方向成掠射角(淺角)定向。在另一個實施例中，納米級的層以管狀或殼狀構型被構造。在還有另一個實施例中，所述層包括絕緣材料的第三多個層。

本文所描述的系統和方法可在廣泛的應用中被采用-從能量檢測和吸收到粒子加速器中的以及來自其他極熱物質(諸如高溫等離子體)和/或發射大量高能光子的爆震源(諸如爆炸物)的高能光子的能量轉換、放射性核廢料(諸如乏裂變燃料棒)的發射的能量捕獲以及空間應用(諸如電源、屏蔽等)，以及本領域的技術人員可容易地想到的其他應用。

在審閱了附圖和詳細說明之后，示例實施例的其他系統、方法、特征和優點對于本領域的技術人員將是或將變得顯而易見。

附圖說明