[实用新型]一种砷化镓光伏同位素电池

说明书

技术领域

本实用新型属于同位素电池或光伏电池的交叉领域，具体涉及一种砷化镓光伏同位素电池。

背景技术

传统的光伏电池通过光伏效应将光能转化为电能，但其必须在外界光源的照射下才能工作，这限制了光伏电池的应用范围，因为在夜晚或一些密闭场合下是无法被外界光源照射到的。另外，传统光伏电池并不适合于在微机电系统(MEMS)中使用，因为在微机电系统例如微型管道机器人、植入式微系统、无线传感器、人工心脏起搏器、便携式移动电子产品领域、太空或深海无人探测器等微型仪器设备中，一般要求电源微型化，但传统光伏电池为了充分扩大其受光面积，其光伏组件一般做得面积很大，且半导体层为刚性的无法卷曲，故传统光伏电池无法直接用于上述微机电系统中。

已经有人提出了荧光同位素电池的概念来解决上述问题，其为三层堆叠式器件，第一层为同位素金属层，其能通过β衰变而发射出β粒子，例如⁶³Ni，其发出的β射线的平均能量为17.42KeV；¹⁴⁷Pm，其发出的β射线的平均能量为61.93KeV；¹³⁷Ce，其发出的β射线的平均能量为187.1KeV；⁹⁰Sr，其发出的β射线的平均能量为195.8KeV，上述这些同位素金属通常用气相沉积法或溅射法沉积在同种的非放射性金属层上，例如⁶³Ni以数十微米的厚度沉积在普通镍片上；第二层膜为荧光材料层，其能在上述同位素层发射出的β粒子的照射下而发出荧光；第三层为光伏半导体层，其通常为多晶硅层、单晶硅层、碳化硅、氮化镓等半导体层，用于将荧光转化为电能。但这样的荧光同位素电池在实践中遇到很多问题：主要问题是单位面积产生的电流非常微弱，例如为1-4nA/cm²，如此微弱的电流几乎没有工业实用性，理论上讲虽然可以通过扩大电池面积来提高总对外输出电流，但由于至少其中的同位素金属层和光伏半导体层是刚性层，无法以卷曲的方式来扩大面积，故面积扩大势必导致该荧光同位素电池体积过大，无法满足微型化的设计目标。

本实用新型旨在解决上述所有问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种砷化镓光伏同位素电池，其包括：

密封壳体1，其中具有可供弥散性β放射源2存在的空间；

位于密封壳体内的砷化镓光伏半导体薄膜卷3，卷间空隙中填充有荧光粉4。

优选地，所述荧光粉为ZnS:Cu荧光粉、Y2O2S:Eu荧光粉、稀土荧光粉或卤磷酸钙荧光粉。

优选地，所述弥散性β放射源2是氚气或⁶³Ni粉体。它们都是发生纯β衰变的放射源，即只产生β射线一种射线。它们产生的β射线的能量小于20keV。使用低能β射线的好处是确保安全性以及尽量少损害或不损害半导体薄膜材料。之所以称之为“弥散性”β放射源是因为它们能够自由流动式地弥散或弥漫在该密闭壳体中的任何一处，无处不在，无处不有。

优选地，所述砷化镓光伏半导体薄膜为砷化镓单结半导体薄膜、双结半导体薄膜或三结半导体薄膜。

优选地，砷化镓光伏半导体薄膜为柔性薄膜，其厚度为5-10微米。

上述荧光粉的组成表示方法是A:B是本领域通常表示方法，表示在A的晶体中掺杂了少量的B原子。以ZnS:Cu为例，其表示在ZnS晶体中掺杂了少量的Cu，即用一部分Cu原子取代了ZnS晶体中的Zn原子，所掺杂的原子通常作为激活剂来提高荧光产生效率。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型利用弥散性β放射源例如氚气或⁶³Ni粉末放射出的β粒子照射荧光粉，产生荧光，进而用该荧光去照射砷化镓光伏半导体薄膜去实现光能向电脑的转换。这相当于在光伏电池中自备了光源，因此完全消除了对外界光源的依赖，故本实用新型的砷化镓光伏同位素电池可以在夜晚使用也能在密闭场合下使用。

2、本实用新型的砷化镓光伏同位素电池能够很容易地微型化。因为本实用新型中将β射线源由刚性的同位素金属层改变为弥散性放射源氚气或⁶³Ni粉末，且将传统的荧光材料层改变成荧光粉，并选用柔性的砷化镓光伏半导体薄膜，气体和粉体都不影响卷曲，而柔性半导体膜又很容易卷曲，故与普通薄膜式光伏电池或传统的三层堆叠式荧光核电池中原本需要展开设置的很大面积的刚性半导体层不同，本实用新型可以将柔性半导体薄膜卷曲起来以高度体积紧凑的方式放到很小的密闭壳中，实现了微型化。