基于摩擦伏特效应的柔性直流电源研究进展

摩擦起电(triboelectrification,TE)是几乎所有材料表面都存在的物理现象,而半导体材料的TE不同于起静电的介电材料。在半导体与半导体或金属的动态接触界面上,机械摩擦导致界面原子间化学键合的不断破坏和重建过程,释放能量量子(也称键合子)来激发半导体界面的非平衡电子-空穴对,被激发的电子-空穴对在p-n结(或肖特基结、半导体异质结)的内建电场的作用下分离,从而在外电路产生直流电,该现象被称为摩擦伏特效应。此过程类似于光伏效应,不同之处在于能量的来源。在摩擦伏特效应中,电子-空穴对是由界面处原子瞬时跃迁释放的能量或界面处形成新键时释放的能量来激发,而光伏效应则是由光能激发。本文综述了基于摩擦伏特效应的直流发电机的研究进展,包括机理研究、材料与器件设计、表面改性增强策略等多个方面,并讨论了摩擦伏特器件在可穿戴设备领域作为柔性直流电源的设计开发、性能优化以及未来潜在应用场景。

辐射伏特效应同位素电池换能单元的初步设计

初步设计制作3种辐射伏特效应同位素电池换能单元,测试其在固态63Ni源和3H源辐照下的输出电特性,对输出电特性进行数学解析模型分析并提出进一步改进设计的思路。结果表明,设计的换能单元在发射高能α同位素作用下,性能快速急剧退化;在2.96×108Bq的63Ni源辐照下,获得最大短路电流为28.4nA,最大开路电压为0.267V;在约5.09×109Bq的3H源辐照下,获得最大短路电流为62.8nA,最大开路电压为0.260V。当前换能单元参数还需进一步优化。

辐射伏特效应同位素电池换能单元设计及其性能测试

以单晶硅基结型器件为基础,探讨其结构与辐射作用下电输出性能的关系,为辐射伏特效应同位素电池换能单元(PN结)设计提供依据。设计制作了两种可作为同位素电池换能单元用的单晶硅半导体PN结型器件,使用63Ni源辐照这些器件并测量其电输出性能。结果表明,新设计的器件具有比原器件更大的开路电压、输出功率和能量转换效率。

辐射伏特效应同位素电池研究进展

辐射伏特效应同位素电池(RVIB)以其独特的优势,将在以IC和MEMS为基础的微系统领域发挥重要作用。近年来,关于RVIB的研究主要集中于换能单元的三维结构以及新型半导体材料器件方面,结合驱动源放射性同位素选择的多样性,使能量转换效率和稳定性等电输出性能得到改善。本文概略介绍了放射性同位素电池(RIB),并针对近年来RVIB研究进展进行了系统综述,对其研究方向和应用前景作了展望。

辐射伏特效应用于核衰变能发电的初步研究

提出了利用半导体探测器的ＰＮ结内建电场收集辐射诱发电离空穴对，进而实现从核衰变能的电能转换的全新技术路线．成功地模拟了这一转换过程。在不加任何外场情况下，实现了对２３９Ｐｕ发射α粒子产生的电离电子空穴对高达９４％的收集率和对９０Ｓｒ－９０Ｙ发射β粒子产生的电离电子空穴对的７２％收集率。实验能量转换率达１２．２％（对β粒子）和１６％（对α粒子）。

伏特效应放射性同位素电池的原理和进展

本文介绍伏特效应放射性同位素电池的工作原理及电池类型。重点介绍了适用于心脏起搏器、微机电系统(MEMs)等的辐射伏特效应放射性同位素微电池,并对这种电池的应用前景作了展望。

采用光生伏特效应的LED芯片在线检测方法研究

基于pn结的光生伏特效应,本文研究了一种非接触式LED芯片在线检测方法。通过测量pn结光生伏特效应在引线支架中产生的光生电流,检测LED封装过程中芯片质量及芯片与支架之间的电气连接状态。通过分析pn结光生伏特效应的等效电路,详细论述了半导体材料的各种参数及等效电路中各电参数与支架上流过的光生电流的关系。实验对各种不同颜色的LED样品进行了测量。研究表明,该方法可以实现LED芯片的在线检测,有较大的应用价值。

GaAs基β辐射伏特效应微电池的参量优化设计研究

考虑放射性同位素源自吸收效应,提出基于半导体材料GaAs和同位素源63 Ni的微电池最优化设计方案,并通过蒙特卡罗程序MCNP模拟计算β粒子在半导体材料中的输运过程,对同位素源与半导体材料的厚度,换能单元PN结结深、耗尽区宽度、掺杂浓度、少子扩散长度,及电子空穴对的产生及收集情况等进行了研究和分析,给出了不同结深下,各物理参量的最佳设计值。在源活度为3.7×107 Bq,PN结表面积为0.01cm2时,提出的辐射伏特效应微电池最优化设计方案可实现:短路电流密度为379.68nA/cm2,开路电压为1.375V,填充因子为84.39%,最大输出功率为440.4nW/cm2,能量转化率为4.34%。

基于β辐生伏特效应的同位素微能源研究

介绍了基于辐生伏特效应的放射性同位素微电池的理论研究,建立了p+n型和n+p型微电池能量转化结构的理论模型,分析了影响微电池性能的主要参数,并对两种能量转化结构的主要设计参数进行了优化。比较了p+n型和n+p型两种能量转化结构的性能。

光电池非线性区PN结光生伏特效应的研究

根据光电池线性区应用叠加定理建立的PN结光生伏特效应理论,阐述了PN结光生伏特效应在光电池非线性区的应用.

PLZT陶瓷中的光致伏特效应的研究

研究了PLZT陶瓷中的体光伏特效应。采用通氧热压技术制备PLZT陶瓷。试样被切割加工成4.5×3×1mm^3并沿3mm 方向加以极化,在高于居里点的温度下以较低的电压(～250V/mm)极化。在高压球形汞灯的照射下,所研究的PLZT试样呈现较强的光致伏特效应。在4/56/44PLZT陶瓷中,其光伏电压和电流输出分别为1.2kV/cm(开路态)和0.9μA/cm^2(闭路态)。实验表明 PLZT 的光伏电流与光照强度有关而与外接电阻负载无关(在0～10~8Ω范围内);外加偏置场对极化前后的4/56/44PLZT陶瓷的光伏特性的影响的实验表明:受光照射后产生的光致激发载流子在一有效驱动电场的作用下作定向运动,从而对外表现出光伏效应的行为特征,这一有效场为材料的剩余极化场;外加偏置电场可诱发或加强材料的光伏电压和电流的输出。

光生伏特效应

半导体受光照射产生电动势的现象称为光生伏特效应。前面述及的光电导效应是以光作为动力,使束缚电子成为自由电子,形成电子—空穴对,从而改变了材料的载流子浓度致使导电性能发生变化。要在光照下产生电位差或电动势,除上面的机制外,还需一种将正、负载流子在空间上分离的机制。根据产生电位差时载流子分离机理的不同,光生伏特效应又可分为丹倍效应、光磁电效应和PN结光生伏特效应等。

La0.8Sr0.2MnO3薄膜光生伏特效应的微结构起源

研究了外延La0.8Sr0.2MnO3薄膜的光生伏特效应。实验发现，当脉冲激光从基底一侧照射时，光生电压改变符号。电子衍射微结构分析表明，La0.8Sr0.2MnO3薄膜是外延生长的基底上的，样品显示出正交取向畴的形式。薄膜表面光生电压的分布研究表明，这种异常的光生伏特效应是由于薄膜中取向微结构畴的非对称性所致，当紫外激光照射薄膜时，在La0.8Sr0.2MnO3中感生出电子空穴时，而薄膜中非对称的微结构畴会产生内建电场，引导激发的非平衡载流子运动，最终诱导出光生电压。

光生伏特效应与光伏发电

介绍了光生伏特效应概念和光电池原理,阐述了光伏发电系统的组成及各部分的作用.

辐射伏特效应核衰变能直接发电机制研究

本工作旨在通过对辐射伏特效应核衰变能直接发电机制的研究，探索一条综合利用核反应堆产生的放射性同位素的剩余能量，开发国内空白、国际尖端的高能高效航天及民用核电源的新途径。在理论上改进了利用辐射伏特效应实现带电粒子动能到电能的转换的物理思想，提出利用半导...

金刚石辐射伏特效应同位素电池器件研究进展

微机电系统、深空、深海探测任务等对于长效、便携电源提出了更高的要求。同位素电池由于其能量密度高、功率输出稳定,可以在高低温、无太阳光照等极端环境下持续不断地为月球车、海底探测器等提供能量。作为同位素电池中的主要类型,辐射伏特效应同位素电池由于其理论能量转换效率高、易于微型化被广泛研究,并已经成功应用于心脏起搏器。宽禁带的半导体换能结器件制作的同位素电池能够获得更高的能量转换效率。宽禁带半导体中的代表金刚石具有5.5 eV的禁带宽度与耐辐射的特性,使其成为制作辐射伏特效应同位素电池换能结器件的最佳选择。随着化学气相沉积技术的发展,金刚石晶体的外延技术突飞猛进,为金刚石半导体器件的发展打下了材料基础。本文对比了常见的同位素电池换能结用半导体材料和辐射源材料的特性,介绍了辐射伏特效应的基本原理,接着对辐射伏特效应同位素电池的关键参数进行了分析,并汇总了有关金刚石辐射伏特效应同位素电池研究的文献,通过各个参数,如开路电压、转换效率等的对比,指出了目前金刚石同位素电池发展的状态与存在的问题。通过分析金刚石与其他n型半导体材料组成的异质pn结目前的性能与应用情况,给出了基于金刚石异质pn结的高性能同位素电池的结构设计,并进行了总结与展望。

β辐射伏特效应核电池的研发现状

近年来,关于β辐射伏特效应核电池的研究主要集中在放射源的选取以及新型半导体材料器件的加工工艺等方面.从能量转换机制、放射源的选择、换能器件材料的选择、电池的输出性能和能量转换效率等方面对β辐射伏特效应核电池进行了讨论和分析.最后对核电池的研究方向和应用前景进行了展望.

辐射伏特效应核电池换能器件中的β粒子能量沉积行为

β粒子在换能材料中的能量沉积行为是β辐射伏特效应核电池仿真中的一项重要研究内容,通常使用蒙特卡罗软件Casino和MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)来实现。其中,Casino难以模拟连续能量β粒子在换能材料中的能量沉积过程,而MCNP作为一款商业软件,其使用不仅受到版权限制,而且不易扩展。因此,基于通用的开源蒙特卡罗程序框架Geant4(GEometry ANd Tracking,version 4),在充分考虑β衰变连续能谱、放射源的自吸收以及电子在换能材料界面的反散射过程后,建立了模拟放射源衰变产生的β粒子在换能器件中的能量沉积行为的通用模型,并与Casino的部分计算结果进行了比较。模拟结果表明:基于Geant4的计算模型可以准确地模拟β粒子在核电池换能器件中的能量沉积行为,并具有应用方便、软件开放、易拓展等优点。

基于一维TiO_2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

介绍了一种采用宽禁带半导体二氧化钛纳米管阵列薄膜材料制备β伏特效应同位素电池的方法.通过对金属钛片的电化学阳极氧化制备了垂直定向、有序排列的二氧化钛纳米管阵列薄膜,研究了退火条件对二氧化钛纳米管阵列薄膜半导体光电性能的影响.通过与镍-63辐射源的集成封装,形成三明治结构镍-63/二氧化钛纳米管阵列薄膜/钛片的β伏特同位素电池.实验结果表明,基于氩气氛围下450?C退火的黑色二氧化钛纳米管阵列薄膜具有高的氧空位缺陷浓度和宽的可见-紫外吸收光谱.在使用β辐射总能量为10 m Ci的镍-63辐射源时,同位素电池的开路电压为1.02 V,短路电流75.52 n A,最大有效转换效率为22.48%.

高温超导体上的光生伏特效应

高温超导体的光电子学由于其有助于超导电性的解释和诱人的应用前景而受重视。我们首次在YBa2Cu3O7-δ样品与金属针接触的结上观测到光生伏特效应。样品的临界温度Tc=92K,置于液氮杜瓦中,温度可变（77K至室温）。金属针材料用了铂、钨、铜和金,它们的热电势和逸出功各不相同。光源用45mW的He—Ne激光器,光照在结的位置上。针和超导体的引线连到数字微伏表上,测量中以针的那端作零电压参考;