GaN器件辐伏同位素电池的电输出性能研究

利用63 Ni和3 H源分别辐照两种可作为辐伏电池换能单元的GaN基PiN结型器件,其输出短路电流(Isc)和开路电压(Voc)分别为:对于63 Ni源,Isc=5.4nA,Voc=771mV;对于3 H源,Isc=10.8nA,Voc=839mV。其开路电压显著优于单晶硅基器件辐伏电池的输出结果,但与理论值有一定的差距。可能是GaN材料生长过程中产生的缺陷、电极欧姆接触不良以及器件结构等原因,导致短路电流和开路电压未能达到期望值。这些是提升GaN换能单元辐伏电池的电输出性能应解决的重要技术问题。

辐伏同位素电池开路电压与温度关系分析

单晶硅PN结换能单元辐射伏特效应同位素电池(简称辐伏电池)开路电压温度效应很明显,通过分析与辐伏电池开路电压相关的因素,认为基本参数中基层掺杂浓度和短路电流对开路电压与温度的关系有显著影响,而顶层掺杂浓度影响非常小。大的基层掺杂浓度和短路电流对于较高温度环境中辐伏电池输出开路电压是有利的。

不同改性方法对石墨烯辐伏同位素电池输出性能的影响

石墨烯辐伏同位素电池是石墨烯在半导体和微电子领域中的一种应用,其中对石墨烯进行修饰改性是改善石墨烯在这些领域中应用的一项重要研究内容。本研究对比硝酸掺杂和电子束辐照两种不同石墨烯改性方法对石墨烯辐伏同位素电池输出性能的影响。同时,结合光镜、X射线光电子能谱仪(XPS)和拉曼光谱等分析测试手段,研究了两种不同方法对石墨烯材料改性的作用机理。结果表明,硝酸掺杂是一种表面电荷转移的过程,并不能使石墨烯中sp^(2)杂化碳原子转变为sp^(3)杂化,但能提高石墨烯辐伏同位素电池的短路电流;而电子束辐照石墨烯会在石墨烯中引入缺陷,使石墨烯中sp^(2)杂化碳原子转变为sp^(3)杂化,从而打开石墨烯的带隙,改善石墨烯辐伏同位素电池的开路电压和填充因子。以上结果可为石墨烯辐伏同位素电池的设计和制备提供实验理论依据,并为进一步提高石墨烯辐伏同位素电池的性能提供参考。

基于全无机钙钛矿量子点辐致荧光效应的同位素电池研究

辐致光伏效应同位素电池因其具有小型化、长寿命等特点,已被广泛研究。研究工作主要致力于提升同位素电池的输出性能。本研究选取全无机钙钛矿量子点作为荧光材料,利用其发射光可调的特性以匹配不同的后端光伏器件,调控优化后同位素电池的最大输出功率显著提升,可提高2.51～3.97倍。基于上述研究结果讨论了优化后端器件的适配性对于核探测和核医学成像等领域的应用价值和参考意义。

GaN与Si器件作为辐伏电池换能单元性能比较

利用63Ni和3H源等分别辐照两种可作为辐伏电池换能单元的GaN基和Si基PiN结型器件,比较了他们的输出电性能结果,以及两种器件的温度、辐照性能等。结果表明,GaN器件开路电压Voc比Si基器件有非常明显的提高,而短路电流Isc有较大下降;GaN基结型器件在高温和高能辐照条件下的性能比Si基结型器件有较大优势。

单晶硅表面钝化层在低能电子辐照前后的SIMS和XPS分析

为了研究低能电子辐照对单晶硅器件表面钝化材料中产生的化学微结构的变化,在轻掺杂P型单晶硅基底上制作了三种表面钝化膜,分别是单一SiO2钝化膜、SiO2/Si3N4复合钝化膜、硼硅玻璃/Si3N4复合钝化膜,开展了表面钝化单晶硅在最大能量70 keV的加速器电子束下的辐照实验。样品在空气气氛下辐照6 h,用二次离子质谱(SIMS)测试了辐照前后三种表面钝化膜中Si、N、B的纵深变化,同时用Ar离子刻蚀X射线表面光电子能谱(XPS)对Si元素的化学结合状态进行测试分析。结果表明:对单一SiO2钝化的轻掺杂P型材料,辐照在SiO2/Si界面产生明显的材料结构变化,界面附近的SiO2不再是完整化学计量比,而是SiOx(x<2);对SiO2/Si3N4复合钝化的轻掺杂P型材料,辐照对SiO2/Si3N4界面结构影响较小,主要的影响仍然在SiO2/Si界面,SiO2辐照分解后产生的游离O元素可扩散到SiO2/Si3N4界面;辐照在硼硅玻璃/Si界面和硼硅玻璃/Si 3N 4界面引起的变化小于在SiO2/Si界面和SiO2/Si3N4界面的变化。研究表明低能电子辐照对单晶硅表面钝化层的化学微结构损伤主要存在于SiO 2/Si界面,该结构损伤并不能通过SiO2/Si3N4复合钝化得到明显改善,而采用硼硅玻璃/Si 3N 4复合钝化有助于增强单晶硅表面及钝化层各界面材料结构的稳定性。