[发明专利]三维纳米结构氚伏电池

权利要求书

1.三维纳米结构氚伏电池，其特征在于呈三明治结构，从上到下依次为：顶部电极、三维纳米结构半导体和底部电极；所述三维纳米结构半导体是由半导体材料构成的三维网格框架结构，网格框架之间设有孔道间隙，三维纳米结构半导体设于底部电极与顶部电极之间，三维纳米结构半导体为氚基同位素源集成的三维纳米结构半导体，所述氚基同位素源贮存于半导体网格框架之间孔道间隙中的氚化金属，或为氚与三维纳米结构半导体材料复合形成的氚化半导体，或为氚化金属与氚化半导体的共存结构；所述氚化金属与三维纳米结构半导体形成肖特基接触或欧姆接触，同时还与顶部电极或底部电极连接。

2.如权利要求1所述三维纳米结构氚伏电池，其特征在于所述三维纳米结构半导体是单晶或多晶态半导体。

3.如权利要求1所述三维纳米结构氚伏电池，其特征在于所述半导体材料包括元素半导体和化合物半导体两大类，所述元素半导体包括锗和硅，所述化合物半导体包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物、氧化物半导体，以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体。

4.如权利要求3所述三维纳米结构氚伏电池，其特征在于所述第Ⅲ和第Ⅴ族化合物选自砷化镓、磷化镓、氮化镓；所述第Ⅱ和第Ⅵ族化合物选自硫化镉、硫化锌；所述氧化物半导体选自氧化锌、氧化锡、氧化钛、氧化镓；所述Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体选自镓铝砷、镓砷磷。

5.如权利要求1所述三维纳米结构氚伏电池，其特征在于所述三维纳米结构由零维、一维、二维中的至少一种基本结构单元组成的有序或无序薄膜材料，所述薄膜材料的厚度可为1～500μm；所述基本结构单元可包括纳米点、纳米颗粒、纳米线、纳米棒、纳米柱、纳米管、纳米花、纳米片、纳米带、纳米弹簧、纳米环、纳米梳、纳米钉、纳米针、纳米笼、纳米四足体、塔状纳米结构、盘状纳米结构、星状纳米结构、支状纳米结构、中空纳米微球、纳米阵列。

6.如权利要求1所述三维纳米结构氚伏电池，其特征在于所述三维纳米结构半导体通过材料改性工艺提高载流子的产生和输运效率，所述材料改性工艺包括在惰性气体或氢气气氛中进行高温还原退火、金属或非金属元素的离子注入掺杂、高温扩散掺杂、化学反应掺杂。

7.如权利要求1所述三维纳米结构氚伏电池，其特征在于所述氚基同位素源包括氚化金属和氚化半导体，所述氚化金属为过渡金属、碱金属、碱土金属、稀土金属及其合金经高温氚化后氚与金属形成稳定的金属-氚键；所述氚化半导体是半导体材料经高温氚化后，半导体中的金属和非金属元素与氚形成稳定的化学键，导致氚与半导体材料复合形成的氚化半导体。

8.如权利要求7所述三维纳米结构氚伏电池，其特征在于所述过渡金属包括钛、锆、钪、钯、钴，所述碱金属包括锂，所述碱土金属包括铍和镁，所述稀土金属包括镧、铀、铒，所述合金包括锆钴、锆钒、镧镍；所述金属-氚键包括钛-氚键、锂-氚键、镁氚键，所述半导体中的金属和非金属元素与氚形成稳定的化学键包括钛-氚键、硅-氚键、氧-氚键、硫-氚键。

9.如权利要求1所述三维纳米结构氚伏电池，其特征在于所述氚化金属在三维纳米结构中的集成方法如下：首先通过原子层沉积、化学气相沉积、金属溅射、金属电镀或金属蒸发工艺在三维纳米结构半导体表面预沉积5～1000nm的金属薄层，然后在氚气氛中对金属薄层进行氚化，所用温度范围为100～800℃，压力范围为100～1000kPa；

所述氚化半导体是将三维纳米结构半导体直接在氚气氛中进行高温高压氚化，所用温度范围为100～800℃，压力范围为100～1000kPa。

10.如权利要求1所述三维纳米结构氚伏电池，其特征在于所述顶部电极与底部电极选自金属电极、半导体电极、石墨电极、石墨烯电极、导电聚合物电极或导电浆料电极。