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。

双重效应γ射线核电池的制备与性能研究

为提升核电池的电学输出性能,提出了利用γ射线结合辐致伏特和辐致光伏两种能量转换机制制备核电池的思路。基于γ射线、AlGaInP半导体PN结和ZnS:Cu荧光材料,制备了四级辐致伏特效应核电池(FRVB)和四级辐致伏特/光伏双重效应核电池(FDEB),研究了不同厚度荧光层所组成的双重效应核电池的电学性能。在X射线辐照下,测试结果显示5种不同厚度荧光层组成的并联结构双重效应核电池的最大输出功率分别为57.26,77.03,116.31,132.85,150.86 nW,性能均优于四级辐致伏特效应核电池。利用蒙特卡罗粒子输运程序MCNP5,模拟计算了光子在四级双重效应核电池中的能量沉积,结果显示荧光层中沉积的能量很少,却显著提升了核电池的输出性能。研究表明:多级结构双重能量转化机制可有效提升核电池的电学性能,为提升核电池性能提供了一种新的研究思路。

氚基同位素电池设计优化及其电学性能的提升

采用蒙特卡罗方法开展了氚基同位素电池在辐致伏特效应和辐致光伏效应两种不同能量转换模式下的性能研究。探讨了换能材料的几何物理参数对电池电学输出性能的影响,设计制备了单层和叠层两类氚基同位素电池,测试分析了增大氚源强度、采用叠层构型两种方式对电池电学输出的提升效果。模拟结果表明:Si、SiC、GaAs光伏组件均可用于辐致伏特效应氚基同位素电池换能,且存在各自最佳厚度参数,使得电池电学输出性能达到最优,分别为3.8μm、2.2μm、1.7μm;对于辐致光伏效应氚基同位素电池,可通过调整ZnS∶Cu荧光层的厚度,使出射的荧光辐照度达到最大,进而优化电池电学输出性能。结果提示,增大氚源强度、采用叠层构型均可实现氚基同位素电池最大输出功率等电学参数的有效提升,其中并联叠层的最大输出功率可达到106.138 nW,相比于单层构型增幅超过64%。