專利名稱:一種高輸出能量的復合同位素電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高輸出能量的復合同位素電池及其制備方法，屬于微機電系統(tǒng)中能源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，人們對微小型機電系統(tǒng)的研究異?；钴S。微能源是微系統(tǒng)發(fā)展中的一個瓶頸問題，研究高效、長壽命的微能源是微系統(tǒng)發(fā)展中一直追求的目標。世界各國都相繼開展了微能源的研究工作，制作出許多微能源。如微型燃料電池、微型內(nèi)燃機系統(tǒng)、微型太陽能電池、微型同位素微電池等。同位素微能微電池則顯示出其特有的優(yōu)勢，如體積小(微米量級)、壽命長(可達十幾甚至幾十年)、穩(wěn)定性好，能量密度高等優(yōu)點，成為微能源系統(tǒng)研究的一個新方向。
為了獲得具有高的輸出能量的同位素微電池，研究者嘗試了多種半導體材料，如硅、多孔硅等常規(guī)半導體，以及各種高禁帶的半導體，如SiC，4H-SiC，InGaP等，理論上高禁帶半導體PN結(jié)在輻照下可具有更高的輸出電壓，因此相對于常規(guī)半導體Si等材料可以獲得更高的輸出能量，但是其輸出的能量無法滿足實際需求。
與此同時，為了獲得高輸出能量的同位素微電池，研究者還研究了多種能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，如現(xiàn)階段研究最廣泛的基于β伏特效應的PN結(jié)能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和基于壓電效應的懸臂梁振動結(jié)構(gòu)，以及基于液體半導體的能量轉(zhuǎn)換方式。其中基于β伏特效應的PN結(jié)能量轉(zhuǎn)換方式由于放射源和半導體材料選擇的限制輸出能量較低；基于壓電效應的懸臂梁振動結(jié)構(gòu)雖然輸出能量有所提高，但是容易受到外界環(huán)境的影響；液體半導體的能量轉(zhuǎn)換方式是一種提高同位素電池輸出能量的有效方法，但是現(xiàn)階段的液體同位素電池是在液體半導體中摻雜放射性同位素顆粒， 由于需要考慮液體半導體和同位素的晶格是否匹配問題，所以限制了二者的選擇，同時摻雜濃度也不能太高，這樣就大大縮小了同位素電池的輸出能量，無法達到實際需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了獲得具有更高輸出能量和能夠滿足實際需求的同位素微電池，而提出了一種高輸出能量的復合同位素電池及其制備方法。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
本發(fā)明的一種高輸出能量的復合同位素電池，包括:液體半導體、放射性同位素金
屬、PN結(jié)。
所述的液體半導體為常見的液體半導體材料，如Se、As、Te以及其化合物等。
所述的放射性同位素金屬為功函數(shù)≥4.5eV的金屬，如N1、Au等。該放射性同位素金屬為該高輸出能量的復合同位素電池的放射源。
所述的PN結(jié)為常見的半導體材料所形成的PN結(jié)，如單晶硅、非晶硅等常規(guī)半導體，GaN、4H-SiC、SiC等寬禁帶半導體，以及GaAs等。[0011]其連接結(jié)構(gòu)為:放射性同位素金屬將液體半導體包覆其中，放射性同位素金屬與液體半導體形成肖特基，從而形成基于肖特基勢壘的同位素微電池結(jié)覆蓋在外部，與放射性同位素金屬形成基于β伏特效應的PN結(jié)同位素微電池；兩者結(jié)合起來，從而使該同位素微電池的輸出能量成倍的增加，達到實際的需要。
本發(fā)明的一種高輸出能量的復合同位素電池的制備方法，包括以下步驟:
步驟一、制作液體半導體，具體制作方法可參見《V.Μ.Glazov, LiquidSemiconductors))；
步驟二、將放射性同位素金屬制作成所需形狀的中空密閉容器，制得放射性同位素金屬容器；
步驟三、將步驟一所得的液體半導體注入到步驟二所得的放射性同位素金屬容器中，并形成基于肖特基勢壘的液體半導同位素微電池；
步驟四、在步驟三所得的液體半導同位素微電池的外殼上覆蓋PN結(jié)，形成基于β福特效應的同位素微電池；
步驟五、將步驟三所得的液體半導同位素微電池和步驟四所得的同位素微電池根據(jù)需要串聯(lián)或并聯(lián)后封裝，形成一種高輸出能量的復合同位素電池。
有益效果:
1、本發(fā)明的一種高輸出能量的復合同位素電池，采用在液體半導體的四周分布放射源的方式來為其中的液體半導體提供能量源，該方式擴大了放射源的選擇；同時也可以采用高活度和高能量的放射源，能夠在更大程度上為液體半導體提供輻射所產(chǎn)生的β粒子或者α粒子，從而使同位素電池產(chǎn)生更高的能量；
2、本發(fā)明的一種高輸出能量的復合同位素電池，所采用的放射性金屬與液體半導體直接形成肖特基勢壘，這樣能夠避免現(xiàn)階段所研究的同位素電池邊界復合等問題對同位素電池輸出性能的影響，從而使同位素電池產(chǎn)生更高的能量；
3、本發(fā)明的一種高輸出能量的復合同位素電池，在放射性同位素四周覆蓋PN結(jié)半導體，形成基于β效應的同位素電池，進一步充分利用放射性同位素，從而使同位素電池產(chǎn)生更高的能量；
4、本發(fā)明的一種高輸出能量的復合同位素電池的制備方法，具有制作工藝簡單，成本較低等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的一種高輸出能量的復合同位素電池的俯視圖:
圖2為本發(fā)明的一種高輸出能量的復合同位素電池的剖面圖:
圖中，1-液體半導體；2_放射性同位素金屬；3-ΡΝ結(jié)半導體。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
本發(fā)明的一種高輸出能量的復合同位素電池，其結(jié)構(gòu)包括:液體半導體(I)、放射性同位素金屬(2)、PN結(jié)半 導體(3)，見圖1.[0028]所述的液體半導體⑴為Te。[0029]所述的放射性同位素金屬⑵為Pm-147。
所述的PN結(jié)(3)為常見的半導體材料所形成的GaAs PN結(jié)。
其連接結(jié)構(gòu)為:放射性同位素金屬Pm將液體半導體Te包覆其中，同時該放射性同位素金屬Pm與液體半導體Te形成肖特基,從而形成基于肖特基勢魚的同位素微電池；GaAsPN結(jié)覆蓋在放射性同位素金屬Pm的外部，并且與放射性同位素金屬Pm形成基于β伏特效應的PN結(jié)同位素微電池；兩者串聯(lián)起來，從而使該同位素微電池的輸出能量成倍的增加，達到實際的需要。
本發(fā)明的一種高輸出能量的復合同位素電池的制備方法，包括以下步驟:
步驟一、制作液體半導體Te ;
步驟二、將放射性同位素金屬Pm-147制作成所需形狀的中空密閉容器，制得放射性同位素金屬容器；
步驟三、將步驟一所得的液體半導體Te注入到步驟二所得的放射性同位素金屬容器中，并形成基于肖特基勢壘的液體半導同位素微電池；
步驟四、在步驟三所得的液體半導同位素微電池的外部覆蓋GaAsPN結(jié)，形成基于β福特效應的同位素微電池；
步驟五、將步驟三所得的液體半導同位素微電池和步驟四所得的同位素微電池串聯(lián)后封裝，形成一種高輸出能量的復合同位素電池。
該高輸出能量的復 合同位素電池所采用的放射源為高能量的Pm-147，其最大能量為230keV，平均能量為73keV，此放射源是現(xiàn)有液體半導體同位素電池無法采用的；同時在放射源外覆蓋了 GaAs PN結(jié)，因此該高輸出能量的復合同位素電池輸出能量可以達到幾百微瓦甚至毫瓦量級。
當采用更高能量的放射源時，如α源，該復合同位素電池輸出能量將達到幾十到幾百毫瓦，可以完全滿足微電子的需求。
權(quán)利要求
1.一種高輸出能量的復合同位素電池，其特征在于:包括液體半導體、放射性同位素金屬、PN結(jié)；其連接結(jié)構(gòu)為:放射性同位素金屬將液體半導體包覆其中，放射性同位素金屬與液體半導體形成肖特基，從而形成基于肖特基勢壘的同位素微電池JfPN結(jié)覆蓋在外部，與放射性同位素金屬形成基于β伏特效應的PN結(jié)同位素微電池；兩者結(jié)合起來，制成高輸出能量的復合同位素電池。
2.如權(quán)利要求
1所述的一種高輸出能量的復合同位素電池，其特征在于:所述的放射性同位素金屬為功函數(shù)≥4.5eV的金屬。
3.一種高輸出能量的復合同位素電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、制作液體半導體； 步驟二、將放射性同位素金屬制作成所需形狀的中空密閉容器，制得放射性同位素金屬容器； 步驟三、將步驟一所得的液體半導體注入到步驟二所得的放射性同位素金屬容器中，并形成基于肖特基勢壘的液體半導同位素微電池； 步驟四、在步驟三所得的液體半導同位素微電池的外殼上覆蓋PN結(jié)，形成基于β福特效應的同位素微電池； 步驟五、將步驟三所得的液體半導同位素微電池和步驟四所得的同位素微電池根據(jù)需要串聯(lián)或并聯(lián)后封裝，制成一種高輸出能量的復合同位素電池。
專利摘要
本發(fā)明提出了一種高輸出能量的復合同位素電池及其制備方法，屬于微機電系統(tǒng)中的能源領(lǐng)域。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括液體半導體、放射性同位素金屬、PN結(jié)。制備步驟為先制作液體半導體；在液體半導體四周覆蓋放射性同位素金屬作為其外殼，形成基于肖特基勢壘的液體半導同位素微電池；在液體半導同位素微電池外殼上覆蓋PN結(jié)，形成基于β福特效應的同位素微電池；將液體半導同位素微電池和同位素微電池串聯(lián)或并聯(lián)后封裝，形成一種高輸出能量的復合同位素電池。該方法能夠充分利用放射性同位素的輻射能，從而使復合同位素微電池的能量密度高，輸出能量成倍提高。并且該方法制作工藝簡單，成本較低，輸出穩(wěn)定。
文檔編號G21H1/06GKCN102306511SQ201110256193
公開日2013年7月31日 申請日期2011年8月31日
發(fā)明者姜瀾, 李大讓, 尹建華, 林奈, 王聰 申請人:北京理工大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (6), 非專利引用 (2),