【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及同位素电池，具体提供一种辐射伏特同位素电池及制备方法。
技术介绍
1、同位素电池是通过利用放射性同位素的衰变能经换能单元转换成电能的一种供能装置。辐射伏特同位素电池是利用pn结或pi n结的内建电场将同位素衰变发出的射线在半导体中激发产生的电子——空穴对分离并通过两电极收集引出而产生电流。辐射伏特同位素电池由于具有结构紧凑，小尺寸、长寿命、可靠性高和免维护等优点，可用于植入式微系统、无线传感器节点网络后备电源、人工心脏起搏器以及深海深空等需长期供电的设备。
2、为有效提升辐射伏特同位素电池的能量转换效率，科研人员在设计同位素电池时通常从放射源、半导体换能单元材料及结构的优化改进入手。从同位素放射源的使用上看，主要考虑三个因素：β粒子平均能量、同位素源半衰期和同位素来源和制造成本，考虑到电池寿命和平均能量，放射源的半衰期都应达到数十年之久，因此比较合适的放射源是氚。
3、现有辐射伏特电池主要利用单晶半导体(如硅、金刚石、碳化硅和氮化镓等)制作平面型器件，通过在器件表面集成放射源实现电池结构，这种平面结构的主要缺点是放射源的衰变电子与半导体换能单元的接触几率不高，放射源的利用效率低，从而导致辐射伏特同位素电池的能量转换效率低。
4、因此，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决上述技术问题，即，解决现有同位素电池的放射源的利用率低导致同位素电池的能量转换效率低的问题。
2、在第一方面，
3、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术通过将放射源设置为具有多个连通的孔隙的吸氚金属骨架，再用半导体换能单元将金属骨架的孔隙填充并将金属骨架包裹，使得放射源与半导体换能单元的接触面积极大的增加，金属骨架还起到支撑半导体换能单元的作用，相比于现有在半导体换能单元表面集成放射源的同位素电池，本专利技术的辐射伏特同位素电池通过半导体换能单元将放射源的孔隙填充并将放射源包裹，极大地增加了放射源与半导体换能单元的接触面积，增大了衰变电子接触半导体换能单元的几率，提高了衰变能在半导体换能单元中的能量沉积，从而能够使半导体换能单元产生更多的电子空穴对来增加电流输出，提高了放射源的利用率以及辐射伏特同位素电池的能量转换效率。
4、在上述辐射伏特同位素电池的优选技术方案中，所述金属骨架的孔隙的体积与所述金属骨架的总体积的比值在0.6至0.8之间。
5、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术通过将金属骨架的孔隙的体积与金属骨架的总体积的比值设置在0.6至0.8之间，使得金属骨架的具有更高的孔隙率和更大的比表面积，从而使得放射源与半导体换能单元的接触面积更大。
6、在上述辐射伏特同位素电池的优选技术方案中，所述金属骨架的孔隙呈规则的多边体状。
7、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术通过将金属骨架的孔隙设置为规则的多边体状，使得在半导体换能单元填充到金属骨架的孔隙中后能够形成规则的多边体，从而使得放射源与半导体换能单元接触面积更大。
8、在上述辐射伏特同位素电池的优选技术方案中，所述金属骨架的孔隙呈规则的六边体状。
9、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术通过将金属骨架的孔隙设置为规则的六边体状，六边体结构形式更加稳定，更有利于半导体换能单元的填充，有效地增大了放射源与半导体换能单元接触面积。
10、在上述辐射伏特同位素电池的优选技术方案中，所述半导体换能单元包括衬底以及生长在所述衬底上的p型高掺杂半导体层和n型高掺杂半导体层，所述p型高掺杂半导体层或所述n型高掺杂半导体层将所述金属骨架的孔隙填充并将所述金属骨架包裹。
11、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术通过将半导体换能单元设置为pn结型结构，并将放射源设置在pn结型结构的内部，增大了衰变电子接触半导体换能单元的几率，提高了衰变能在半导体换能单元中的能量沉积，从而能够使半导体换能单元产生更多的电子空穴对来增加电流输出，提高了放射源的利用率以及辐射伏特同位素电池的能量转换效率。
12、在上述辐射伏特同位素电池的优选技术方案中，所述半导体换能单元包括衬底以及生长在所述衬底上的p+型高掺杂半导体层、n+型高掺杂半导体层和位于所述p+型高掺杂半导体层与所述n+型高掺杂半导体层之间的n-型高掺杂半导体层，所述n-型高掺杂半导体层将所述金属骨架的孔隙填充并将所述金属骨架包裹。
13、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术通过将半导体换能单元设置为pin结型结构，并将放射源设置在pin结型结构的n-型高掺杂半导体层，使得放射源位于pin结型结构的空间电荷区内，从而增大了衰变电子接触半导体换能单元的几率，提高了衰变能在空间电荷区的能量沉积，从而能够使空间电荷区内的半导体材料产生更多的电子空穴对来增加电流输出，提高了放射源的利用率以及辐射伏特同位素电池的能量转换效率。
14、在第二方面，本专利技术还提供了一种辐射伏特同位素电池的放射源和半导体换能单元的制备方法，包括s100：在所述衬底外延生长所述n型高掺杂半导体层或所述p型高掺杂半导体层，s200：采用3d打印机制备所述金属骨架，s300：将所述金属骨架在真空环境下进行吸氚，s400：所述p型高掺杂半导体层或所述n型高掺杂半导体层通过凝胶注模工艺将所述金属骨架的孔隙填充并将所述金属骨架包裹，s500：将所述p型高掺杂半导体层或所述n型高掺杂半导体层高温贴合到所述n型高掺杂半导体层或所述p型高掺杂半导体层。
15、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术的放射源和半导体换能单元的制备方法为：先在衬底的上表面外延生长n型高掺杂半导体层或p型高掺杂半导体层，再通过3d打印技术进行金属骨架的打印，使得金属骨架形成三维立体框架且具备多个连通的孔隙，将金属骨架放置在真空环境下进行吸氚，使得金属骨架与氚形成具有放射性的氚化金属，再将p型高掺杂半导体层或n型高掺杂半导体层通过凝胶注模工艺填充到金属骨架的孔隙中并将金属骨架包裹，从而使得p型高掺杂半导体层或n型高掺杂半导体层紧密地包裹住金属骨架并在孔隙中形成规则的六边体结构，最后将包裹着金属骨架的p型高掺杂半导体层或n型高掺杂半导体层经过高温贴合到n型高掺杂半导体层或p型高掺杂半导体层上，从而放射源和半导体换能单元形成的整体结构制备完成，通过上述的制备方法，使得放射源和半导体换能单元的接触面积极大地增加，增大了衰变电子接触半导体换能单元的几率，提高了衰变能在半导体换能单元中的能量沉积，从而能够使半导体换能单元产生更多的电子空穴对来增加电流输出，进而提高了放射源的利用率以及辐射伏特同位素电池的能量转换效率。
16、在上述辐射伏特同位素电池的放射源和半导体换能单元的制备方法的优选技术方案中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种辐射伏特同位素电池，包括外壳以及安装在所述外壳内的半导体换能单元和放射源，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的辐射伏特同位素电池，其特征在于，所述金属骨架的孔隙的体积与所述金属骨架的总体积的比值在0.6至0.8之间。
3.根据权利要求1所述的辐射伏特同位素电池，其特征在于，所述金属骨架的孔隙呈规则的多边体状。
4.根据权利要求3所述的辐射伏特同位素电池，其特征在于，所述金属骨架的孔隙呈规则的六边体状。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的辐射伏特同位素电池，其特征在于，所述半导体换能单元包括衬底以及生长在所述衬底上的P型高掺杂半导体层和N型高掺杂半导体层，所述P型高掺杂半导体层或所述N型高掺杂半导体层将所述金属骨架的孔隙填充并将所述金属骨架包裹。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的辐射伏特同位素电池，其特征在于，所述半导体换能单元包括衬底以及生长在所述衬底上的P+型高掺杂半导体层、N+型高掺杂半导体层和位于所述P+型高掺杂半导体层与所述N+型高掺杂半导体层之间的N-型高掺杂半导体层，所述N-型高掺杂半导体
7.一种权利要求5中所述的辐射伏特同位素电池的放射源和半导体换能单元的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，“采用3D打印机制备所述金属骨架”的步骤具体包括：
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，“将所述金属骨架在真空环境下进行吸氚”的步骤具体包括：
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，“所述P型高掺杂半导体层或所述N型高掺杂半导体层通过凝胶注模工艺将所述金属骨架的孔隙填充并将所述金属骨架包裹”的步骤具体包括：
11.一种权利要求6中所述的辐射伏特同位素电池的放射源和半导体换能单元的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，“采用3D打印机制备所述金属骨架”的步骤具体包括：
13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，“将所述金属骨架在真空环境下进行吸氚”的步骤具体包括：
14.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，“所述N-型高掺杂半导体层通过凝胶注模工艺将所述金属骨架的孔隙填充并将所述金属骨架包裹”的步骤具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种辐射伏特同位素电池，包括外壳以及安装在所述外壳内的半导体换能单元和放射源，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的辐射伏特同位素电池，其特征在于，所述金属骨架的孔隙的体积与所述金属骨架的总体积的比值在0.6至0.8之间。
3.根据权利要求1所述的辐射伏特同位素电池，其特征在于，所述金属骨架的孔隙呈规则的多边体状。
4.根据权利要求3所述的辐射伏特同位素电池，其特征在于，所述金属骨架的孔隙呈规则的六边体状。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的辐射伏特同位素电池，其特征在于，所述半导体换能单元包括衬底以及生长在所述衬底上的p型高掺杂半导体层和n型高掺杂半导体层，所述p型高掺杂半导体层或所述n型高掺杂半导体层将所述金属骨架的孔隙填充并将所述金属骨架包裹。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的辐射伏特同位素电池，其特征在于，所述半导体换能单元包括衬底以及生长在所述衬底上的p+型高掺杂半导体层、n+型高掺杂半导体层和位于所述p+型高掺杂半导体层与所述n+型高掺杂半导体层之间的n-型高掺杂半导体层，所述n-型高掺杂半导体层将所述金属骨架的孔隙填充并将所述金属骨架包裹。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：中子科学研究院重庆有限公司，
类型：发明
国别省市：
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