基于90Sr90Y源的β辐射伏特光伏双效应核电池的制作方法

本发明属于核能应用，具体涉及到基于90sr90y源的β辐射伏特光伏双效应核电池。

背景技术：

1、目前，微机电系统在深海探测、深空探测以及生物医疗等领域应用广泛，而核电池也因为其寿命长，抗干扰能力强，体积小，易于集成化和微型化等优点被认为是微机电系统的理想电源。

2、核电池也称放射性同位素电池、同位素电池，是利用放射性同位素衰变过程中放出的能量或由它们引起的热效应、光效应或电离作用等并将其转换为电能的一种装置。在核电池的发展过程中，核电池放射源的选择，换能器件材料的选择以及结构的优化等受到了广泛的研究。其中，放射源主要由最初的放射源147pm发展到放射源3h、放射源63ni、放射源35s、放射源90sr/90y等；在半导体材料的选择上，从成本低廉、工艺简单成熟、掺杂浓度技术完善、质量优良的单晶硅发展到多晶硅、不定型硅、砷化镓、氮化镓、碳化硅、氧化锌、金刚石等。在过去的几年里，钙钛矿材料的使用不仅对太阳能电池效率的快速进步，同时也对核电池效率的提高做出了贡献。

3、虽然在目前核电池的应用中，一般选用放射源3h、放射源63ni以及放射源90sr/90y，但是放射源3h、放射源63ni两种放射源的最大能量和平均能量都较低，在目前的研究中，为了更好的利用放射源的衰变能，在对核电池的设计中，一般选择将放射源的衰变能基本上沉积于换能器件中；而放射源90sr/90y的活度密度和平均衰变能量过大，若将其衰变能完全沉积在半导体转换装置中，则需要将换能器件做的特别厚，不仅增加了核电池的制作成本，同时也无益于核电池输出性能的增加；若不将其衰变能完全沉积在半导体的转换装置中，则会导致对放射源90sr/90y衰变能的利用率很低，虽然该放射源的平均衰变能量远远高于3h源和63ni源，但对核电池的输出性能并没有很大的提升。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种基于90sr/90y源的β辐射伏特/光伏双效应核电池。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于90sr90y源的β辐射伏特光伏双效应核电池，包括，

5、放射源90sr/90y层；

6、al电极层；

7、钙钛矿层；

8、透明电极层；

9、闪烁体层；

10、以及反射层；

11、其中，放射源90sr/90y层中的90sr/90y源发射出的β粒子穿过al电极后，一部分沉积到钙钛矿层中，另一部分由于强度太强，穿透钙钛矿层以及透明电极层，进入闪烁体层中；

12、闪烁体层将β粒子的辐射能转换成光能，经过反射层反射回来，重新射入钙钛矿层，并将能量沉积在钙钛矿中，形成电子-空穴对，在内建电场的作用下形成电流。

13、作为本发明所述基于90sr/90y源的β辐射伏特光伏双效应核电池的一种优选方案，其中：所述钙钛矿层(300)上的金属al电极(200)的厚度为30～50nm。

14、作为本发明所述基于90sr/90y源的β辐射伏特光伏双效应核电池的一种优选方案，其中：所述钙钛矿层(300)下生长的透明电极(400)，其中，透明电极(400)的厚度为100～130nm。

15、作为本发明所述基于90sr/90y源的β辐射伏特光伏双效应核电池的一种优选方案，其中：所述钙钛矿层(300)为整个换能器件，厚度为160～180um。

16、作为本发明所述基于90sr/90y源的β辐射伏特光伏双效应核电池的一种优选方案，其中：所述闪烁体层(500)为铈掺杂的lyso陶瓷，闪烁体层的厚度为7000～7500nm。

17、作为本发明所述基于90sr/90y源的β辐射伏特光伏双效应核电池的一种优选方案，其中：所述反射层为镀银的热塑性pet薄膜，厚度为8～10μm。

18、本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种基于90sr/90y源的β辐射伏特/光伏双效应核电池的制备方法，包括，

19、制备反射层：将120um厚的白色聚酯膜层和10um厚的透明聚酯膜通过热复合工艺形成的聚酯膜层，再在该聚酯膜层上通过热复合工艺形成1um厚的丙烯酸树脂膜层，在丙烯酸树脂膜层上通过热复合工艺形成100nm厚的银反射膜层膜和10um厚的热塑性pet薄膜，获得的材料即为镀银的反射层；

20、制备闪烁体层；

21、制备钙钛矿层与透明电极层；

22、蒸镀化学通式为mno2的化合物形成骨架层，在骨架层上旋涂化学通式为lao的化合物，经退火结晶形成钙钛矿层；

23、采用光刻法在钙钛矿层表面刻蚀光刻胶，并利用显影区制备欧姆接触；采用磁控溅射法在外延芯片上生长厚度为130nm的ito薄膜作为透明电极；

24、通过lift-off工艺去除非图形电极材料；然后，利用化学机械平面化系统将基底厚度减小到170um，将厚度为50nm的al薄膜生长为金属电极，然后进行金属化退火，形成al电极层；

25、以表面出射活度为200mci/cm2的长方形固态放射源90sr/90y作为放射源90sr/90y层；

26、将放射源90sr/90y层、al电极层、钙钛矿层以及透明电极层三部分通过上述步骤制备在一起，闪烁体以及反射层两部分叠加在一起。

27、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：包括，

28、将lucl3·6h2o、ycl3·6h2o、cecl3·7h2o和正硅酸四乙酯以ce0.02(lu0.9y0.1)1.98sio5的化学比分散在异丙醇中，获得混合溶液；

29、按照环氧丙烷与上述混合溶液中稀土元素摩尔比为1：20的比例，向上述混合溶液中加入相应用量的环氧丙烷，以500r/m的搅拌转速搅拌24h，得到凝胶；

30、将上述获得的凝胶在80℃的空气中干燥24小时，获得lyso：ce前驱体；

31、将获得的lyso：ce前驱体在1000℃空气中煅烧2小时，随后将其装入石墨模具中，然后用石墨箔和bn涂层将lyso:ce粉末从石墨模具中分离出来，并将其于等离子烧结炉中烧结升温速率为50℃/min，加载压力为100mpa，在1050℃～1200℃中停留15分钟，得到lyso：ce陶瓷，即得闪烁体层。

32、本发明有益效果：

33、本发明提供了一种基于90sr/90y源的β辐射伏特/光伏双效应核电池，90sr/90y源的平均衰变能量与表面出射活度过大导致以该放射源所制作的核电池具有更高的总功率输入，但是一般的换能器件既不能很好的提高核电池的输出性能也不能有效的利用90sr/90y源的衰变能，本发明将β辐射伏特效应与光生伏特效应结合起来，在提高核电池的输出性能的同时，又更好的利用了高能放射源的衰变能。