[实用新型]一种多晶硅β辐射伏特效应同位素电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种同位素电池的制备方法，尤其涉及采用多晶硅PN结为同位素电池的换能器件，将⁶³Ni长寿命放射性同位素材料作为β源的β辐射伏特效应同位素电池制备方法。 

背景技术

核能是一种资源丰富的绿色能源，在近年来有长足的发展，但是日本福岛核电站核泄漏引起了人们的核恐慌，一定程度上不利于核能的发展。为了我们已建成的高通量核反应堆能在安全范围内产生最大的经济效益，所以人们寻找到了一种更安全、更清洁的利用核能的方式，这就是核电池。核电池也称同位素电池，它是利用放射性同位素衰变放出载能粒子(α粒子、β粒子和γ射线)并将其能量转变为电能的装置。由核电池的换能单元中的同位素放射源的作用不同，我们可以给出核电池的具体形式：1、利用同位素放射源发射出的带电粒子直接来产生电势差的直接充电式核电池；2、利用同位素放射源发射出的带电粒子束对介质的电离作用来产生电势差的气体电离式核电池和辐射伏特效应能量转换式核电池；3、利用同位素放射源发射出的射线诱发荧光物质发光后通过光电转换产生电能的荧光体光电式核电池；4、利用同位素放射源产生的热能来实现能量转换的热致光电式核电池、温差式核电池和热机转换式核电池。挑选什么材料来作为核电池的能量来源的同位素放射源是我们首先要考虑的问题。 

同位素选择要求考虑安全、寿命、活性和成本等各方面因素。⁶³Ni长寿命放射性同位素材料辐射的β粒子最大动能为66.7keV，远小于对硅晶格造成无法恢复性结构损伤的200～250keV阈值。而且⁶³Ni长寿命放射性同位素材料辐射的β粒子动能范围为0～66.7keV，平均动能为17.1keV，其最大动能(66.7keV)辐射的β粒子不能穿透人的真皮。因此，⁶³Ni长寿命放射性同位素材料辐射的β粒子不会对硅晶格带来无法恢复性损伤，更不会对人体有损害，所以，它适合用做核电池的放射源。 

专利(CN101630537A)公开了具有保护环结构的肖特基结核电池及制作方法，它采用正面选择性电镀放射源⁶³Ni来作为核电池的同位素放射源。文献(表面技术.2010，39(4)：62-64)报道了使用泡沫镍制备辐射伏特电池用β源的工艺，并指出在换能单元上额外制备放射性同位素⁶³Ni的可饶性功能薄膜可以克服传统表面处理方法带来的半导体材料表面结构损伤。 

多晶硅PN结可选用多晶硅太阳能电池板，多晶硅太阳能电池板是由若干分立PN结组合而成，因为转换效率与面积之间的关系是当面积的增大，转换效率会随之衰减，这就是所谓的“尺寸效应”。故选用多晶硅太阳能电池板作为同位素电池的多晶硅PN结，这样可以较大程度的提高器件能量转换效率。 

综上所述，金属泡沫镍材料通过经加工变成⁶³Ni长寿命放射性同位素材料，这种⁶³Ni长寿命放射性同位素材料由于具有比表面积大，辐照后单位体积的源强活度高，非常合适用作β辐射伏特效应的同位素电池的β源。并且，目前获得性能优良的泡沫镍的工艺十分成熟，高通量的核反应堆也已经安全运行，这样两者结合在一起可以使设备能够投入使用而且能创造很好的经济效益。 

实用新型内容

本发明提供一种多晶硅β辐射伏特效应同位素电池的制备方法。该同位素电池包含一个β辐射伏特效应放射源、两个多晶硅PN结和一个屏蔽盒，同位素电池由两个多晶硅PN结的N型半导体相对，中间夹有β辐射伏特效应放射源并将多晶硅PN结放置进屏蔽盒内，最后接线端子引线出来。β辐射伏特效应放射源采用⁶³Ni长寿命放射性同位素材料，屏蔽盒采用含铅防辐射玻璃盒。 

本发明的β辐射伏特效应放射源是由一种厚度为0.25～2mm、面密度为250～400g/m²的金属 泡沫镍材料经高通量工程试验反应堆(HFETR)辐照90～120天后制备成源强为20～100mCi的 ⁶³Ni长寿命放射性同位素材料。该材料的孔率为88％～95％、孔径为0.5mm～0.7mm、比表面积为2000～2500cm²/cm³而且具有β辐射。