[发明专利]一种半导体辐射电池

说明书

本发明提供一种半导体辐射电池主要包括：依次形成于衬底上的半导体转换层、石墨烯上电极、以及形成于衬底下方的金属下电极。利用石墨烯小原子序数的特点，突破传统Beta辐射电池中金属上电极对Beta粒子的沉积作用而导致的电池转换效率降低的弊端。实现一种Beta电子高透过率电极，同时结合石墨烯的高载流子迁移率，增强辐射产生电子‑空穴对的分离，进一步提高电池的转换效率，实现高效半导体辐射电池。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，特别涉及一种半导体辐射电池。

背景技术

核电池具有能量密度高、寿命长、不受外界环境影响等特点，在航空航天领域、深海探测领域、微型电机领域都有广泛的应用前景。尤其是利用辐射伏特效应的半导体辐射电池，具有体积小、质量轻、易于集成化的特点。伴随着半导体材料制备工艺的成熟，成为最有潜力的辐射电池能量转换材料。在传统核电池制备工艺中，常用电极材料是Al、Cu、Au、Ni、Ag、Pt等金属或者合金。但发射源在金属电极层中沉积基本上都转换成热能，而且原子序数越高，沉积概率越大。因此，电极一般选择原子序数小的薄层金属电极。但是，目前常用的金属电极原子序数都较大。

发明内容

为了克服已有的技术问题，本发明提供了一种石墨烯电极半导体Beta辐射电池。石墨烯是碳元素组成，具有低的原子序数，可以减少发射源的沉积；同时具有高的载流子迁移率，可以实现电子空穴对的迅速分离。因此，可以提高辐射电池的有效吸收效率和能量转换效率。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：一种半导体辐射电池，其特征在于，包括依次形成于衬底上方的半导体转换层和石墨烯上电极、以及形成于衬底下方的金属下电极。

优选地，所述石墨烯上电极层的厚度在1-100nm。

优选地，半导体转换层的材料选择为SiC、GaN、ZnO、金刚石中任意一种。

优选地，半导体转换层的结构为PN结结构、PIN结结构或肖特基结构中的任意一种。

优选地，下金属电极材料为Ti、Al、Au中的任意一种。

优选地，金属电极的接触类型是欧姆接触。

优选地，半导体Beta辐射电池的石墨烯上电极制备方法包括：

S1：碳化硅热分解法，主要应用于碳化硅辐射电池。

S2：湿法转移CVD石墨烯法，可以应用于任何材料的辐射电池，例如SiC、GaN、ZnO、金刚石辐射探测器。

S3：旋涂\滴涂\喷涂石墨烯溶液法，可以应用于任何材料的辐射电池，例如SiC、GaN、ZnO、金刚石辐射探测器。

优选地，利用掩膜法在石墨烯上电极上制备金属接线点，完成石墨烯电极Beta辐射电池的制备。

本发明能够取得以下技术效果：

1、石墨烯原子序数小，突破了传统Beta辐射电池中金属电极对Beta粒子的沉积作用而导致的电池转换效率降低的弊端，提高电池的转换效率。

2、石墨烯载流子迁移率高，促进了电子和空穴的分离，提高了电池的转换效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种PN型半导体辐射电池的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种PIN型半导体辐射电池的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的一种肖特基型半导体辐射电池的结构示意图。

其中附图标记包括：

衬底1、半导体转换层2、石墨烯上电极3、金属下电极4。

具体实施方式