基于MEMS的放射性同位素电池的设计与实现

介绍了放射性同位素63Ni同位素微电池(radioisotope micro battery)的工作原理、结构和性能指标,建立了电池电流的计算公式。针对传统同位素微电池的倒三角直槽型或倒金字塔型能量转换结构表面积较小的缺陷,设计了一种垂直侧壁方孔阵列型的能量转换结构,增大了其表面积,得到最佳结深范围2μm^3μm,最佳掺杂浓度NA=1020/cm3,ND=1017/cm3。在此基础上加工出63Ni同位素微电池,并对其进行测试性能,得到开路电压Voc=127 mV,电流密度JSC=4 nA/mm2,功率密度Pm=0.41 nW/mm2,与设计结果相符。

一种基于MEMS的同位素微电池的新型结构设计与仿真

针对传统同位素微电池的倒三角直槽型或倒金字塔型能量转换结构表面积较小和工作状态不稳定的缺陷。设计了一种垂直侧壁方孔阵列型的能量转换结构,增大了其表面积;并引入电镀这一新型的接触方式,改善了同类传统微电池的工作稳定性。建立了同位素微电池的电流计算公式。基于这种新结构对电池性能仿真得到了能量转换结构的最佳掺杂浓度,结果表明该结构与传统的能量转换结构相比,具有较低的掺杂浓度,较高的开路电压,输出电流和输出功率。

一种新型基于MEMS的同位素微电池的研究

介绍了同位素微电池的工作原理及结构组成。阐明了其从工作原理上区别于原有的核电池,采用和太阳能电池光生伏特相似的辐生伏特效应。对同位素微电池的工艺作了详尽的介绍。提出了使用垂直侧壁方孔阵列的能量转换结构,相比传统的同尺寸开口且等深的倒三角直槽型或倒金字塔型的能量转换结构表面积增大了120%以上;引入了电镀区这一新结构,增强了同位素微电池的工作稳定性。