辐伏同位素电池换能单元设计探索研究

摘要

基于硅基半导体PN结器件换能单元，根据辐射伏特效应原理和放射性粒子与硅基半导体材料的相互作用，进行了辐射伏特效应同位素电池的初步理论设计和换能单元的工程设计，依据设计制作的换能单元在，测试了换能单元在63Ni源片和3H源片辐照下的输出电特性，并根据电池的等效电路对在63Ni源片辐照下的输出电特性进行数学解析模型的分析，最后分析了器件的短路电流能否继续提高的可能性，提出了进一步改进设计的思路。结果表明，目前设计的换能单元可承受低能β同位素，但在高能的α同位素的作用下，性能会快速急剧退化；设计的换能单元在8mCi的63Ni源片的辐照下，获得的最大短路电流为28.4nA，最大开路电压为0.267V；在约500mCi的3H源片的辐照下，获得的最大短路电流为80.1nA，最大开路电压为0.311V；由数学解析模型计算得出的换能单元的输出电特性曲线与它们的实验曲线都基本吻合，说明数学解析模型对换能单元的分析有效、部分设计思路正确；当前这种类型的电池参数还需进一步的优化。