硅基微型同位素电池的电输出理论模型及仿真

通过辐射伏特效应,研究硅基P-N结微型同位素电池的电输出理论模型.根据该模型,用Matlab编写程序模拟尺寸为1 mm×1 mm的硅基微型同位素电池在3.7×107Bq63Ni放射源照射下的电输出,并用该模型仿真硅基微电池的短路电流Isc、开路电压Voc和最大输出功率Pmax与掺杂浓度的关系.仿真结果表明,开路电压随着掺杂浓度的增加而增大,而短路电流则随着掺杂浓度的增大而减小.同时,获得了电池具有最大输出功率密度时的最优化掺杂浓度参数,最大输出功率的P区、N区最优化掺杂浓度值各为1×1020cm-3和1×1015cm-3.

^(63)Ni辐射伏特同位素电池原型的研制

利用理论研究获得的换能单元参数制备了单晶硅基换能单元,确定了63 Ni的加载工艺和原型电池的封装材料配方与技术,通过加速热老化和温度交变考核了原型电池的性能。结果表明:所制备的63 Ni辐射伏特效应微型同位素原型电池的短路电流Isc、开路电压Voc、最大输出功率Pmax和衰变能-电能转换效率η分别为5.97nA、88.0mV、0.255nW和0.561%;原理样机稳定输出超过220d。