輻致伏特效應同位素電池和輻致光伏效應同位素電池是小型化、長壽命電池的兩個研究熱點,但是目前兩者電學輸出性能和能量轉(zhuǎn)化效率均比較低。本文提出了一種基于γ放射源并耦合輻致伏特效應和輻致光伏效應兩種能量轉(zhuǎn)換機制的新型同位素電池方案;從多級雙重效應同位素電池的結(jié)構(gòu)設計、參數(shù)選擇、樣機制備及性能測試等方面入手開展了一系列的研究工作。主要研究內(nèi)容如下:1)通過試制基于γ放射源的四級雙重效應同位素電池樣品,論證了采用輻致伏特效應和輻致光伏效應耦合機制提升同位素電池性能的有效性和可行性。制備了四級AlGaInP-ZnS:Cu雙重效應同位素電池和四級AlGaInP輻致伏特效應同位素電池,以X射線管替代γ射線源測試它們的電學性能,四級AlGaInP-ZnS:Cu雙重效應同位素電池的電學性能優(yōu)于四級結(jié)構(gòu)AlGaInP輻致伏特效應同位素電池;同時,采用蒙特卡羅軟件MCNP5研究了各級熒光層、伏特層的能量沉積和電學性能貢獻,并研究了電池伏特層串并聯(lián)方式對電學輸出的影響。2)研究提出一種基于薄膜三結(jié)GaAs伏特層和ZnS:Cu熒光材料的多級雙重效應同位素電池優(yōu)化設計方案。分析了熒光材料輻致熒光光譜與薄膜三結(jié)GaA... 

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 同位素電池發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 輻致伏特效應同位素電池研究現(xiàn)狀
        1.2.2 輻致光伏效應放射性同位素電池研究現(xiàn)狀
    1.3 存在的問題與雙重效應同位素電池的發(fā)展需求
        1.3.1 輻致伏特、輻致光伏效應同位素電池目前存在的問題
        1.3.2 雙重效應同位素電池的發(fā)展需求
    1.4 本文研究內(nèi)容
第二章 同位素電池工作原理
    2.1 γ射線致伏特效應原理
        2.1.1 電子-空穴對的產(chǎn)生與復合
        2.1.2 輻生電流的計算
    2.2 輻致熒光光子致光伏效應原理
        2.2.1 精細平衡原理
        2.2.2 光生電流的產(chǎn)生
        2.2.3 熒光材料的輻致發(fā)光效應
        2.2.4 輻致熒光光子在介質(zhì)中的輸運
    2.3 雙重效應同位素電池原理
    2.4 本章小結(jié)
第三章 四級結(jié)構(gòu)雙重效應同位素電池的試驗驗證
    3.1 伏特層和熒光層材料的選擇
    3.2 X射線管出射能譜的探測與出射粒子數(shù)的計算
    3.3 四級結(jié)構(gòu)輻致伏特同位素電池的實驗結(jié)果及分析
    3.4 四級結(jié)構(gòu)雙重效應同位素電池的實驗結(jié)果及分析
        3.4.1 不同連接方式FDEB的電學性能
        3.4.2 不同連接方式FDEB的功率密度
    3.5 不同厚度熒光層的多級雙重效應同位素電池性能分析
    3.6 不同厚度熒光層構(gòu)成雙重效應同位素電池的能量沉積分析
    3.7 本章小結(jié)
第四章 GaAs-ZnS:Cu多級雙重效應同位素電池的設計與參數(shù)優(yōu)化
    4.1 射線輻照條件
    4.2 GaAs-ZnS:Cu多級雙重效應同位素電池的結(jié)構(gòu)設計
    4.3 熒光材料自吸收效應分析
    4.4 多級雙重效應同位素電池電學輸出基準的選擇
    4.5 多級雙重效應同位素電池中熒光層厚度的確定和理論性能分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 GaAs-ZnS:Cu雙重效應同位素電池的制備與性能測試
    5.1 薄膜三結(jié)GaAs伏特層的制作流程
    5.2 薄膜三結(jié)GaAs伏特層的關鍵制作工藝
    5.3 薄膜三結(jié)GaAs伏特層性電學性能測試
    5.4 三級雙重效應同位素電池的性能測試
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 研究總結(jié)
    6.2 研究工作創(chuàng)新點
    6.3 研究展望
參考文獻
致謝
在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于一維TiO2納米管陣列薄膜的β伏特效應研究[J]. 王娜,馬洋,陳長松,陳江,傘海生,陳繼革,成正東.  物理學報. 2018(04)
[2]俄羅斯展示鎳-63電池樣品[J]. 戴定,伍浩松.  國外核新聞. 2017(08)
[3]Vacuum degree effects on betavoltaics irradiated by 63Ni with differently apparent activity densities[J]. LIU YunPeng,XU ZhiHeng,WANG Hao,TANG XiaoBin.  Science China（Technological Sciences）. 2017(02)
[4]Optimization design of GaN betavoltaic microbattery[J]. TANG XiaoBin,LIU YunPeng,DING Ding ＆ CHEN Da* Department of Nuclear Science and Engineering,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China.  Science China（Technological Sciences）. 2012(03)
[5]放射性同位素電池的研究及進展[J]. 郭鵬偉,周劍良,左國平,歐頻.  衡陽師范學院學報. 2011(06)
[6]一種基于PIN結(jié)的硅基微型核電池研究[J]. 喬大勇,陳雪嬌,任勇,藏博,苑偉政.  物理學報. 2011(02)
[7]輻射伏特效應同位素電池換能單元設計及其性能測試[J]. 王關全,楊玉青,張華明,胡睿,魏洪源,熊曉玲,羅順忠.  原子能科學技術. 2010(04)
[8]硅太陽能電池串聯(lián)電阻的一種估算新方法[J]. 廖志凌,阮新波.  電工技術學報. 2008(05)
[9]熒光粉層-氧化鋁保護膜層光學特性的研究[J]. 張賢利,李福生,方道腴.  照明工程學報. 2001(01)
[10]熒光粉層—氧化鋁保護膜層光學特性的研究[J]. 張賢利,李福生,方道腴.  燈與照明. 2000(06)

碩士論文
[1]β輻致光伏效應同位素電池的設計、制備和溫度影響研究[D]. 洪亮.南京航空航天大學 2015



本文編號：3682592