SiC辐射伏特式同位素电池的设计及制备研究

辐射伏特式同位素电池使用寿命长、易于小型化,是微能源领域的优良选择.使用宽禁带半导体材料作为电池换能元件理论具有更高的能量转换效率,然而实验制备的样品能量转换效率仍偏低,仅在1％ 水平.本文综合分析了能量转换效率影响因素,指出制备工艺的重要性.通过理论计算与数值模拟方法,对比分析了4种代表性半导体材料PIN构型下同位素电池理论输出性能,结果显示PIN结构SiC电池理论效率最高,可达17％.结合制备工艺水平,针对PIN型SiC电池进行了优化设计,并进行了样品制备.在3.7×108 Bq 63 Ni源辐照条件下,电池样品获得短路电流8～10 nA、开路电压0.45～0.82 V、效率0.26％ ～0.60％.实验测试结果与理论设计值相比仍有一定差距,通过分析明确了表面工艺是未来提高电池性能的重点.