[發(fā)明專利]三維納米結(jié)構(gòu)氚伏電池

在審

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• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN111446019A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 傘海生;陳長松
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué);廈門大學(xué)深圳研究院
• 主分類號: G21H1/06
• 分類號: G21H1/06
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

1.三維納米結(jié)構(gòu)氚伏電池，其特征在于呈三明治結(jié)構(gòu)，從上到下依次為：頂部電極、三維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體和底部電極；所述三維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體是由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的三維網(wǎng)格框架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格框架之間設(shè)有孔道間隙，三維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體設(shè)于底部電極與頂部電極之間，三維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體為氚基同位素源集成的三維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體，所述氚基同位素源貯存于半導(dǎo)體網(wǎng)格框架之間孔道間隙中的氚化金屬，或為氚與三維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料復(fù)合形成的氚化半導(dǎo)體，或為氚化金屬與氚化半導(dǎo)體的共存結(jié)構(gòu)；所述氚化金屬與三維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體形成肖特基接觸或歐姆接觸，同時還與頂部電極或底部電極連接。

2.如權(quán)利要求1所述三維納米結(jié)構(gòu)氚伏電池，其特征在于所述三維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體是單晶或多晶態(tài)半導(dǎo)體。

3.如權(quán)利要求1所述三維納米結(jié)構(gòu)氚伏電池，其特征在于所述半導(dǎo)體材料包括元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體兩大類，所述元素半導(dǎo)體包括鍺和硅，所述化合物半導(dǎo)體包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物、氧化物半導(dǎo)體，以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體。

4.如權(quán)利要求3所述三維納米結(jié)構(gòu)氚伏電池，其特征在于所述第Ⅲ和第Ⅴ族化合物選自砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵；所述第Ⅱ和第Ⅵ族化合物選自硫化鎘、硫化鋅；所述氧化物半導(dǎo)體選自氧化鋅、氧化錫、氧化鈦、氧化鎵；所述Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體選自鎵鋁砷、鎵砷磷。

5.如權(quán)利要求1所述三維納米結(jié)構(gòu)氚伏電池，其特征在于所述三維納米結(jié)構(gòu)由零維、一維、二維中的至少一種基本結(jié)構(gòu)單元組成的有序或無序薄膜材料，所述薄膜材料的厚度可為1～500μm；所述基本結(jié)構(gòu)單元可包括納米點、納米顆粒、納米線、納米棒、納米柱、納米管、納米花、納米片、納米帶、納米彈簧、納米環(huán)、納米梳、納米釘、納米針、納米籠、納米四足體、塔狀納米結(jié)構(gòu)、盤狀納米結(jié)構(gòu)、星狀納米結(jié)構(gòu)、支狀納米結(jié)構(gòu)、中空納米微球、納米陣列。

6.如權(quán)利要求1所述三維納米結(jié)構(gòu)氚伏電池，其特征在于所述三維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體通過材料改性工藝提高載流子的產(chǎn)生和輸運效率，所述材料改性工藝包括在惰性氣體或氫氣氣氛中進(jìn)行高溫還原退火、金屬或非金屬元素的離子注入摻雜、高溫擴(kuò)散摻雜、化學(xué)反應(yīng)摻雜。

7.如權(quán)利要求1所述三維納米結(jié)構(gòu)氚伏電池，其特征在于所述氚基同位素源包括氚化金屬和氚化半導(dǎo)體，所述氚化金屬為過渡金屬、堿金屬、堿土金屬、稀土金屬及其合金經(jīng)高溫氚化后氚與金屬形成穩(wěn)定的金屬-氚鍵；所述氚化半導(dǎo)體是半導(dǎo)體材料經(jīng)高溫氚化后，半導(dǎo)體中的金屬和非金屬元素與氚形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，導(dǎo)致氚與半導(dǎo)體材料復(fù)合形成的氚化半導(dǎo)體。

8.如權(quán)利要求7所述三維納米結(jié)構(gòu)氚伏電池，其特征在于所述過渡金屬包括鈦、鋯、鈧、鈀、鈷，所述堿金屬包括鋰，所述堿土金屬包括鈹和鎂，所述稀土金屬包括鑭、鈾、鉺，所述合金包括鋯鈷、鋯釩、鑭鎳；所述金屬-氚鍵包括鈦-氚鍵、鋰-氚鍵、鎂氚鍵，所述半導(dǎo)體中的金屬和非金屬元素與氚形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵包括鈦-氚鍵、硅-氚鍵、氧-氚鍵、硫-氚鍵。

9.如權(quán)利要求1所述三維納米結(jié)構(gòu)氚伏電池，其特征在于所述氚化金屬在三維納米結(jié)構(gòu)中的集成方法如下：首先通過原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、金屬濺射、金屬電鍍或金屬蒸發(fā)工藝在三維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體表面預(yù)沉積5～1000nm的金屬薄層，然后在氚氣氛中對金屬薄層進(jìn)行氚化，所用溫度范圍為100～800℃，壓力范圍為100～1000kPa；

所述氚化半導(dǎo)體是將三維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體直接在氚氣氛中進(jìn)行高溫高壓氚化，所用溫度范圍為100～800℃，壓力范圍為100～1000kPa。

10.如權(quán)利要求1所述三維納米結(jié)構(gòu)氚伏電池，其特征在于所述頂部電極與底部電極選自金屬電極、半導(dǎo)體電極、石墨電極、石墨烯電極、導(dǎo)電聚合物電極或?qū)щ姖{料電極。