[发明专利]长寿命α型光伏同位素电池

说明书

本发明涉及一种同位素电池装置，具体涉及一种长寿命α型光伏同位素电池，解决现有技术中存在能量转换效率和输出功率较低的技术问题。该长寿命α型光伏同位素电池，包括封装壳体、设置于封装壳体内的放射性核素、Cs₃Cu₂I₅:Tl钙钛矿闪烁体与光电转换器；光电转换器与封装壳体连接；Cs₃Cu₂I₅:Tl钙钛矿闪烁体设置于放射性核素的次级辐射出射路径上，Cs₃Cu₂I₅:Tl钙钛矿闪烁体用于吸收放射性核素的次级辐射，并发出可见光；光电转换器设置于Cs₃Cu₂I₅:Tl钙钛矿闪烁体的发光路线上，光电转换器用于吸收Cs₃Cu₂I₅:Tl钙钛矿闪烁体发出的可见光，并将其转换为电能。另外本发明还提供了一种长寿命α型光伏同位素电池，将Cs₃Cu₂I₅:Tl钙钛矿闪烁体更好的配合光电转换器，实现高能量转换效率。

技术领域

本发明涉及一种同位素电池装置，具体涉及一种长寿命α型光伏同位素电池。

背景技术

同位素电池是一种将放射性同位素的衰变能转化为电能的装置。高性能微型同位素电池是近年来国际上同位素电池研究的热点之一。它能够实现体积小、重量轻、能量密度大等特征，成为小功率、长寿命微型能源的理想之选，有望能够在无外界能量供给条件下对微机电系统或人造器官、心脏起搏器等实现长期稳定供电。微型同位素电池主要包括微型辐射伏特效应同位素电池和辐致光伏效应同位素电池(简称：光伏同位素电池)两类。微型同位素电池研究中，β型辐射伏特效应同位素电池发展较为成熟，各国先后已研制出商业化产品，但β型同位素电池存在能量转换效率和输出功率不理想且难以提升的问题，为此人们将研究方向转向了α型同位素电池的研究中。

α型光伏同位素电池是将放射性物质衰变释放的能量通过“α粒子动能→光能→电能”的方式转换为电能,并实现对外持续供电的微型装置。由于直接与α粒子作用的闪烁体材料相比于半导体换能单元具有更强的抗辐照性能，因此α型光伏同位素电池是实现长寿命的理想选择之一。

1990年美国桑迪亚国家实验室的Walko等人总结近三十年α型光伏同位素电池的相关研究，认为ZnS闪烁体具有价格低、光产额高、耐辐照能力和环境稳定性强等优势，是光伏同位素电池荧光层的理想之选。同时当下技术最为成熟的硅光伏器件和砷化镓为代表的III-V族光伏器件适用于同位素的光电转换器。随后更多种类的闪烁体材料(NaI、CsI、LYSO等)与光伏器件(Si、GaAs、GaP等)的组合被公开报道。2007年美国Sychov等人公开报道了一种基于²³⁸Pu放射性核素，ZnS荧光层和AlGaAs光伏器件的α型光伏同位素电池。电池有效面积为15cm²，在0.143mW/cm²的放射性核素输入功率条件下实现了21μW的输出功率和0.11％的能量转换效率，该电池成功启动了一部电子计算器。2012年师承Prelas教授的Weaver在他的博士论文中重点研究了基于稀有气体荧光层的α型光伏同位素电池，通过将0.8mCi/cm²的²¹⁰Po放射性核素置于高压荧光气体中，不但可以增大二者面积提高衰变能到高能的转换效率，还可以同时减弱放射性核素和荧光层中的能量自吸收损伤；在测试中选用硅基光伏器件作为光电转换器，获得了0.52％的能量转换效率；在经历五天的持续工作后α型光伏同位素电池的输出性能仅下降了20％，充分证明了α型光伏同位素电池抗辐照性能较好、有望实现长寿命；但就实际使用来讲，其依然存在能量转换效率较低以及输出功率较小的问题。研发长寿命、高能量转换效率及高输出功率的α型光伏同位素电池是同位素研究领域的热点和难点。

发明内容