一種光電核電池?zé)晒鈱拥闹苽浞椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核物理、核能應(yīng)用和微能源領(lǐng)域，具體涉及一種光電核電池?zé)晒鈱拥闹苽浞椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002]目前在超低功率裝置、自動(dòng)控制系統(tǒng)以及航天電子器件等眾多領(lǐng)域，尤其是一些現(xiàn)階段更換和維修較困難的供電節(jié)點(diǎn)，具備長壽命、高效穩(wěn)定、小尺寸、重量輕、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、工作溫度范圍寬和輸出功率穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)的核電池可以很好的滿足這些特殊需求。
[0003]常規(guī)現(xiàn)有的核電池中，熱電溫差效應(yīng)核電池體積較大，難以實(shí)現(xiàn)小型化；輻射伏特效應(yīng)核電池由于放射源釋放的粒子是和半導(dǎo)體換能組件直接發(fā)生作用，半導(dǎo)體材料易受輻照損傷；而采用輻射能-光能-電能二次換能模式的輻致熒光核電池可以很好的規(guī)避上述不足。輻致熒光核電池的具體工作原理是將放射性同位素衰變釋放的載能粒子(如α、β粒子)轟擊熒光層，輻射激發(fā)經(jīng)過電子輻射躍迀等一系列中間過程后產(chǎn)生熒光，再利用半導(dǎo)體材料收集，光子將能量傳遞給電子，在材料中產(chǎn)生很多電子空穴對(duì)，電子空穴對(duì)在PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)作用下分別向兩側(cè)漂移，在P型側(cè)和N型側(cè)分別收集大量的空穴和電子，將P、N電極和負(fù)載相連接，便可形成回路產(chǎn)生電流。其中，熒光層相對(duì)于輻射伏特效應(yīng)核電池中的半導(dǎo)體材料而言耐輻照性能更強(qiáng)。
[0004]但是，由于受放射源粒子通量、材料自吸收效應(yīng)、各部件間匹配耦合程度和光學(xué)傳輸損耗等限制因素，常規(guī)結(jié)構(gòu)的輻致熒光核電池的輸出功率較低，能量轉(zhuǎn)換效率不高。與此同時(shí)另一方面，作為光電換能單元的太陽能電池對(duì)太陽光的依賴性較高，在黑暗下便無輸出，受環(huán)境因素限制較大。該兩類供電方式在各自單獨(dú)工作的情況下，都存在一定的局限性，使得其應(yīng)用潛質(zhì)大打折扣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種光電核電池?zé)晒鈱拥闹苽浞椒ǎ鉀Q了在無太陽光的黑暗環(huán)境下，輻致熒光效應(yīng)不能繼續(xù)發(fā)揮作用的問題。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:
一種光電核電池?zé)晒鈱拥闹苽浞椒ǎㄈ缦虏襟E:
步驟1、在硅酸鉀溶液中加入熒光粉充分?jǐn)嚢瑁?br> 步驟2、加入硝酸鋇溶液，繼續(xù)攪拌；
步驟3、將混合液引流至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降；
步驟4、待玻璃基底上沉積熒光粉之后，將其取出并烘干，待其自然冷卻至常溫即可獲得所需熒光層。
[0007]所述步驟I中硅酸鉀溶液質(zhì)量濃度為0.5-2% ;
所述步驟2中硝酸鋇溶液質(zhì)量濃度為0.1-0.5% ;
所述硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為10:1-20:1 ; 所述的自然沉降時(shí)間為l_5h。
[0008]所述步驟I中硅酸鉀溶液質(zhì)量濃度為1% ;
所述步驟2中硝酸鋇溶液質(zhì)量濃度為0.3% ;
所述硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為15:1 ;
所述的自然沉降時(shí)間為3h。
[0009]所述步驟3中的烘干溫度為200-300 °C，烘干時(shí)間為0.5h。
[0010]所述步驟3中的烘干溫度為250 °C，烘干時(shí)間為0.5h。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明的熒光層用于光電核電池中，使得制備的核電池的放射源為氣態(tài)氚，透光性較好，使得結(jié)合太陽光共同作用成為可能，增大電池的輸出功率，大大提高了電池的能量密度，拓展了電池的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)放射性同位素氚的半衰期較長，保證了電池能夠長時(shí)間工作。
[0012]2、本發(fā)明核電池采用疊層結(jié)構(gòu)，太陽光和放射源釋放的粒子可以應(yīng)用同一個(gè)半導(dǎo)體光伏組件來完成能量轉(zhuǎn)換機(jī)制，不僅結(jié)構(gòu)緊湊，激發(fā)源的利用率高，而且減少了器件的使用數(shù)量，降低了電池本身的內(nèi)電阻和漏電流，有效降低了電池的故障率。
[0013]3、本發(fā)明所述的熒光層采用物理沉降法或者膠粘復(fù)合法制備，工藝相對(duì)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，且可以根據(jù)不同的要求，更換合適的熒光物質(zhì)和基板材料等，電池設(shè)計(jì)更加靈活。
[0014]4、本發(fā)明所述的微小型電池上表面采用覆有T12Al2O3材料制成的均勻減反射薄膜的菲涅爾聚光透鏡封裝，在300~900nm波段具有較高的光透射率，良好的化學(xué)穩(wěn)定性、粘附性、耐久性和抗光輻射能力，可以有效地緩解甚至消除電池組件輻照損傷，延長電池的使用壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
一種光電核電池?zé)晒鈱拥闹苽浞椒?，包括如下步驟:
步驟1、在硅酸鉀溶液中加入熒光粉充分?jǐn)嚢瑁?br> 步驟2、加入硝酸鋇溶液，繼續(xù)攪拌；
步驟3、將混合液引流至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降；
步驟4、待玻璃基底上沉積熒光粉之后，將其取出并烘干，待其自然冷卻至常溫即可獲得所需熒光層。
[0016]所述步驟I中硅酸鉀溶液質(zhì)量濃度為0.5-2% ;
所述步驟2中硝酸鋇溶液質(zhì)量濃度為0.1-0.5% ;
所述硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為10:1-20:1 ;
所述的自然沉降時(shí)間為l_5h。
[0017]所述步驟I中硅酸鉀溶液質(zhì)量濃度為1% ;
所述步驟2中硝酸鋇溶液質(zhì)量濃度為0.3% ;
所述硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為15:1 ;
所述的自然沉降時(shí)間為3h。
[0018]所述步驟3中的烘干溫度為200-300 °C，烘干時(shí)間為0.5h。
[0019]所述步驟3中的烘干溫度為250 °C，烘干時(shí)間為0.5h。
[0020]采用本發(fā)明的方法制備的熒光層，用于制備光電核電池，其集光致熒光和輻致熒光于一體的微小型光電核電池，可通過以下方法制備得到:
步驟一、選取透光率為95%，耐1000°C的石英玻璃片作為熒光層的基底，用去離子水和酒精多次反復(fù)清洗，烘干備用；
步驟二、采用物理沉降技術(shù)在所述襯底上沉積一層厚度為70 μ m的ZnS: Cu熒光層5，將沉積后的樣品放置在250°C溫度下烘干30分鐘，待其自然冷卻至常溫即可取出，完成輻致熒光層的制備，整個(gè)制備環(huán)境為常壓；
步驟三、制備核電池的外圍結(jié)構(gòu)，密封外殼9的基板為DPC，即直接利用披覆技術(shù)將銅沉積在Al2O3支架上的直接鍍銅支架。該種陶瓷材料導(dǎo)熱系數(shù)較高，可以提升電池的散熱效率，且可利用DPC表面鍍上的薄銅與背電極8相接觸，實(shí)現(xiàn)電極引出。密封外殼9的四周是普通的陶瓷散熱支架，起保護(hù)電池和散熱作用；
步驟四、將InGaP/GaAs/Ge三接面半導(dǎo)體層7的接觸電極用連接線焊接，并放入密封外殼9內(nèi)，布置引線，在承載裝置的側(cè)面鑿出半徑為Imm的圓形孔洞將正負(fù)極接線引出；步驟五、在光伏組件的上方加載由ZnS: Cu熒光層和內(nèi)部設(shè)有密封硼硅酸鹽玻璃彈性透明包囊的玻璃包囊，彈性透明包囊內(nèi)充有氣態(tài)氚放射源，構(gòu)成輻致熒光核電池部分；步驟六、在整個(gè)外圍結(jié)構(gòu)上方加載一種菲涅爾聚光透鏡制成的透明窗體，然后將電池的各個(gè)單元封裝組合，完成光電核電池的制備。其中，放射性同位素的活性區(qū)面積和半導(dǎo)體層的光吸收表面積略小于焚光層的表面積。
[0021]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明中已經(jīng)討論過的各種操作、方法、流程中的步驟、措施、方案可以被交替、更改、組合或刪除。進(jìn)一步地，具有本發(fā)明中已經(jīng)討論過的各種操作、方法、流程中的其他步驟、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、組合或刪除。進(jìn)一步地，現(xiàn)有技術(shù)中的具有與本發(fā)明中公開的各種操作、方法、流程中的步驟、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、組合或刪除。
[0022]以上所述僅是本發(fā)明的部分實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光電核電池?zé)晒鈱拥闹苽浞椒?，其特征在?包括如下步驟: 步驟1、在硅酸鉀溶液中加入熒光粉充分?jǐn)嚢瑁? 步驟2、加入硝酸鋇溶液，繼續(xù)攪拌； 步驟3、將混合液引流至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降； 步驟4、待玻璃基底上沉積熒光粉之后，將其取出并烘干，待其自然冷卻至常溫即可獲得所需熒光層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電核電池?zé)晒鈱拥闹苽浞椒ǎ涮卣髟谟? 所述步驟I中硅酸鉀溶液質(zhì)量濃度為0.5-2% ; 所述步驟2中硝酸鋇溶液質(zhì)量濃度為0.1-0.5% ; 所述硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為10:1-20:1 ; 所述的自然沉降時(shí)間為l_5h。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電核電池?zé)晒鈱拥闹苽浞椒?，其特征在? 所述步驟I中硅酸鉀溶液質(zhì)量濃度為1% ; 所述步驟2中硝酸鋇溶液質(zhì)量濃度為0.3% ; 所述硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為15:1 ; 所述的自然沉降時(shí)間為3h。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電核電池?zé)晒鈱拥闹苽浞椒?，其特征在?所述步驟3中的烘干溫度為200-300 °C，烘干時(shí)間為0.5h。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電核電池?zé)晒鈱拥闹苽浞椒?，其特征在?所述步驟3中的烘干溫度為250°C，烘干時(shí)間為0.5h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光電核電池?zé)晒鈱拥闹苽浞椒ǎ紫?，在硅酸鉀溶液中加入熒光粉充分?jǐn)嚢?；其次，加入硝酸鋇溶液,繼續(xù)攪拌；然后，將混合液引流至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降；最后，待玻璃基底上沉積熒光粉之后，將其取出并烘干，待其自然冷卻至常溫即可獲得所需熒光層。該方法制備的熒光層用于光電核電池中，能夠使得核電池在無光的情況下繼續(xù)使用。
【IPC分類】G21H1/00
【公開號(hào)】CN105139912
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510459729
【發(fā)明人】馮方敏
【申請(qǐng)人】蘇州宏展信息科技有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年7月31日