[發(fā)明專(zhuān)利]一種SiC三維PIN結(jié)構(gòu)輻射伏特式3

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010854285.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112086217B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓運(yùn)成;張佳辰;柳偉平;王曉彧;李桃生
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G21H1/04
• 分類(lèi)號(hào): G21H1/04
• 代理公司: 合肥興東知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34148
• 代理人: 王偉

本發(fā)明提供了一種SiC三維PIN結(jié)構(gòu)輻射伏特式³H源同位素電池，包括呈三維結(jié)構(gòu)的SiC換能元件(1)、電極單元(2)和至少一個(gè)³H同位素源(3)，所述SiC換能元件(1)采用PIN型結(jié)構(gòu)，所述³H同位素源(3)設(shè)置在所述SiC換能元件(1)內(nèi)，所述電極單元(2)與所述SiC換能元件(1)連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用長(zhǎng)半衰期、高能量密度、不易受環(huán)境影響、價(jià)格便宜的³H同位素作為能量來(lái)源，換能單元材料SiC為第三代半導(dǎo)體材料，能量轉(zhuǎn)換效率高，抗輻射，抗高溫，形成可以長(zhǎng)時(shí)間、適應(yīng)能力強(qiáng)和穩(wěn)定工作的電源裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于同位素電池領(lǐng)域，涉及一種輻射伏特式同位素電池，尤其涉及一種SiC三維PIN結(jié)構(gòu)輻射伏特式³H源同位素電池。

背景技術(shù)

同位素電池的研究在20世紀(jì)50年代取得了突破性進(jìn)展，廣泛應(yīng)用于航天、軍事、心臟起搏器等領(lǐng)域。自1913年英國(guó)物理學(xué)家Moseley制作成功第一款同位素電池至今，已發(fā)展出多種不同類(lèi)型的同位素電池。輻射伏特式是最常見(jiàn)的同位素電池類(lèi)型之一。

輻射伏特式同位素電池的基本原理與太陽(yáng)能電池近似，主要區(qū)別在于后者的能量來(lái)源是太陽(yáng)光，而前者的能量來(lái)源是放射性同位素源衰變放射出的α或β射線。輻射伏特式同位素電池因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易微型化、成本低、輸出功率穩(wěn)定等優(yōu)良性能引起了國(guó)內(nèi)外關(guān)注，可廣泛用作電子信息安全系統(tǒng)、微器械系統(tǒng)、醫(yī)療植入設(shè)備等領(lǐng)域的長(zhǎng)效電源。

在已公開(kāi)的輻射伏特式同位素電池專(zhuān)利中，大部分涉及的均為傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且換能元件材料通常是常見(jiàn)的硅半導(dǎo)體材料。這類(lèi)輻射伏特式同位素電池的輸出電壓一般不大于1V，且能量轉(zhuǎn)換效率偏低，實(shí)驗(yàn)測(cè)試值一般小于1％，功率密度偏低，實(shí)驗(yàn)樣機(jī)值一般在10nW/cm²～100nW/cm²量級(jí)水平。

當(dāng)前已有的輻射伏特式同位素電池其能量轉(zhuǎn)換效率和功率密度普遍較低、部分設(shè)計(jì)工藝實(shí)現(xiàn)挑戰(zhàn)大或局限于當(dāng)時(shí)的領(lǐng)域研究進(jìn)展，迫切需要設(shè)計(jì)一種能量轉(zhuǎn)換效率和功率密度較高、易于加工、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的輻射伏特式同位素電池。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠在很大程度上解決輻射伏特同位素電池能量轉(zhuǎn)換效率和功率密度低、工藝實(shí)現(xiàn)難度大和造價(jià)昂貴的一種SiC三維PIN結(jié)構(gòu)輻射伏特式³H源同位素電池。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種SiC三維PIN結(jié)構(gòu)輻射伏特式³H源同位素電池，包括呈三維結(jié)構(gòu)的SiC換能元件、電極單元和至少一個(gè)³H同位素源，所述SiC換能元件采用PIN型結(jié)構(gòu)，所述³H同位素源設(shè)置在所述SiC換能元件內(nèi)，所述電極單元與所述SiC換能元件連接。

進(jìn)一步的，所述SiC換能元件包括相互疊加在一起的第一層和第二層以及包裹在所述³H同位素源外的包覆層，所述包覆層伸入所述第二層內(nèi)，其中，所述第一層采用N型SiC材料，所述第二層采用I型SiC材料，所述包覆層采用P型SiC材料，或者，所述第一層采用P型SiC材料，所述第二層采用I型SiC材料，所述包覆層采用N型SiC材料。

優(yōu)選的，所述N型SiC材料為SiC并摻雜有密度范圍為10¹⁷cm^-3～10 ²⁰cm^-3的氮或磷或砷或其他能對(duì)SiC形成N型摻雜的元素；所述I型SiC材料為SiC并摻雜有密度范圍為10¹⁴cm^-3～10¹⁵cm^-3的氮或磷或砷或其他能對(duì)SiC形成I型摻雜的元素；所述P型SiC材料為SiC并摻雜有密度范圍為10¹⁷cm^-3～10²⁰cm^-3的硼或鋁或鎵或其他能對(duì)SiC形成P型摻雜的元素。