[发明专利]一种耦合碳14与氚放射源的同位素电池

说明书

本发明提供了一种耦合碳14与氚放射源的同位素电池，其包括：辐射金刚石半导体换能器件，由碳14合成，其释放出的贝塔射线(β‑射线)与自身金刚石晶格作用，产生电子空穴对；储氢金属，设置于同位素电池辐射金刚石半导体换能器件的两侧，其内部储氚，外表面沉积阻氚涂层。本发明的方案，由碳14合成的辐射金刚石半导体换能器件，与氚放射源的放射类型一致，均释放贝塔射线，实现放射源与半导体换能器件较好的耦合。放射源释放的粒子的能量很好地被半导体换能器件利用，提高了辐射伏特效应同位素电池的输出功率。

技术领域

本发明涉及放射性同位素电池电池，特别是涉及一种耦合碳14与氚放射源的同位素电池。

背景技术

辐射伏特效应同位素电池(RIVB，Radiation-voltaic Isotope Battery)是一种利用β粒子在半导体内产生电子-空穴对，由于半导体内的自建电场，将其分离收集，形成电流和电压的电源。其优势在于：长寿命、性能可靠、可微型化，可在恶劣或极端环境(如深空、深海、极地冰川、沙漠、地下、人体等)工作。因此RIVB在物联网、芯片、生物医疗、微机电系统(MEMS)等领域具有潜在的较大应用前景。

现有技术中，由于高活度放射源加载困难，放射源释放的粒子的能量不能很好地被半导体换能器件利用。因此辐射伏特效应同位素电池的输出功率很低(nW-uW级别)，能量转换效率也较低(0.01％-3％)，导致单片电池不能产生宏观的功率输出，影响了辐射伏特效应同位素电池的推广使用。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种提升辐射伏特效应同位素电池的输出功率以及能量转换效率。

本发明的一个进一步目的是提高电池功率密度。

本发明的另一进一步目的是增加能量转换效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种耦合碳14与氚放射源的同位素电池，其包括：

辐射金刚石半导体换能器件，由碳14合成，其释放出的贝塔射线(β-射线)与自身金刚石晶格作用，产生电子空穴对；

储氢金属，设置于同位素电池辐射金刚石半导体换能器件的两侧，其内部储氚，外表面沉积阻氚涂层。

可选地，储氢金属包括：

正电极端储氢金属，设置于辐射金刚石半导体换能器件的P层的外侧；

负电极端储氢金属，设置于辐射金刚石半导体换能器件的N层的外侧。

可选地，正电极端储氢金属、负电极端储氢金属与辐射金刚石半导体换能器件通过机械压实贴合。

可选地，储氢金属直接制备在辐射金刚石半导体换能器件外延片的重掺杂区表面上，并且厚度小于或等于500μm。

可选地，储氢金属的材料为以下任一种：钛、钪、镁、锆、镍、铝、稀土元素及其合金，厚度小于或等于300nm。

可选地，储氢金属由金属粉末压制烧结而成。

可选地，储氢金属的氚活度配置为1Ci～100Ci，氚与金属原子比为大于或等于1.5。

可选地，辐射金刚石半导体换能器件的厚度小于或等于1cm。

可选地，多层辐射金刚石半导体换能器件以及储氢金属依次堆叠设置。

可选地，位于最外层的储氢金属作为耦合碳14与氚放射源的同位素电池的正负电极。

本发明的耦合碳14与氚放射源的同位素电池，由碳14合成的辐射金刚石半导体换能器件，与氚放射源的放射类型一致，均释放贝塔射线，实现放射源与半导体换能器件较好的耦合。放射源释放的粒子的能量很好地被半导体换能器件利用，提高了辐射伏特效应同位素电池的输出功率。