一種光電核電池熒光層的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于核物理、核能應用和微能源領域，具體涉及一種光電核電池熒光層的制備方法。
【背景技術】
[0002]目前在超低功率裝置、自動控制系統以及航天電子器件等眾多領域，尤其是一些現階段更換和維修較困難的供電節點，具備長壽命、高效穩定、小尺寸、重量輕、環境適應能力強、工作溫度范圍寬和輸出功率穩定等優勢的核電池可以很好的滿足這些特殊需求。
[0003]常規現有的核電池中，熱電溫差效應核電池體積較大，難以實現小型化；輻射伏特效應核電池由于放射源釋放的粒子是和半導體換能組件直接發生作用，半導體材料易受輻照損傷；而采用輻射能-光能-電能二次換能模式的輻致熒光核電池可以很好的規避上述不足。輻致熒光核電池的具體工作原理是將放射性同位素衰變釋放的載能粒子(如α、β粒子)轟擊熒光層，輻射激發經過電子輻射躍迀等一系列中間過程后產生熒光，再利用半導體材料收集，光子將能量傳遞給電子，在材料中產生很多電子空穴對，電子空穴對在PN結的內建電場作用下分別向兩側漂移，在P型側和N型側分別收集大量的空穴和電子，將P、N電極和負載相連接，便可形成回路產生電流。其中，熒光層相對于輻射伏特效應核電池中的半導體材料而言耐輻照性能更強。
[0004]但是，由于受放射源粒子通量、材料自吸收效應、各部件間匹配耦合程度和光學傳輸損耗等限制因素，常規結構的輻致熒光核電池的輸出功率較低，能量轉換效率不高。與此同時另一方面，作為光電換能單元的太陽能電池對太陽光的依賴性較高，在黑暗下便無輸出，受環境因素限制較大。該兩類供電方式在各自單獨工作的情況下，都存在一定的局限性，使得其應用潛質大打折扣。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是:提供一種光電核電池熒光層的制備方法，解決了在無太陽光的黑暗環境下，輻致熒光效應不能繼續發揮作用的問題。
[0006]本發明為解決上述技術問題，采用如下技術方案:
一種光電核電池熒光層的制備方法，包括如下步驟:
步驟1、在硅酸鉀溶液中加入熒光粉充分攪拌；
步驟2、加入硝酸鋇溶液，繼續攪拌；
步驟3、將混合液引流至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降；
步驟4、待玻璃基底上沉積熒光粉之后，將其取出并烘干，待其自然冷卻至常溫即可獲得所需熒光層。
[0007]所述步驟I中硅酸鉀溶液質量濃度為0.5-2% ;
所述步驟2中硝酸鋇溶液質量濃度為0.1-0.5% ;
所述硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為10:1-20:1 ; 所述的自然沉降時間為l_5h。
[0008]所述步驟I中硅酸鉀溶液質量濃度為1% ;
所述步驟2中硝酸鋇溶液質量濃度為0.3% ;
所述硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為15:1 ;
所述的自然沉降時間為3h。
[0009]所述步驟3中的烘干溫度為200-300 °C，烘干時間為0.5h。
[0010]所述步驟3中的烘干溫度為250 °C，烘干時間為0.5h。
[0011]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:
1、本發明的熒光層用于光電核電池中，使得制備的核電池的放射源為氣態氚，透光性較好，使得結合太陽光共同作用成為可能，增大電池的輸出功率，大大提高了電池的能量密度，拓展了電池的應用領域，同時放射性同位素氚的半衰期較長，保證了電池能夠長時間工作。
[0012]2、本發明核電池采用疊層結構，太陽光和放射源釋放的粒子可以應用同一個半導體光伏組件來完成能量轉換機制，不僅結構緊湊，激發源的利用率高，而且減少了器件的使用數量，降低了電池本身的內電阻和漏電流，有效降低了電池的故障率。
[0013]3、本發明所述的熒光層采用物理沉降法或者膠粘復合法制備，工藝相對簡單，易于實現，且可以根據不同的要求，更換合適的熒光物質和基板材料等，電池設計更加靈活。
[0014]4、本發明所述的微小型電池上表面采用覆有T12Al2O3材料制成的均勻減反射薄膜的菲涅爾聚光透鏡封裝，在300~900nm波段具有較高的光透射率，良好的化學穩定性、粘附性、耐久性和抗光輻射能力，可以有效地緩解甚至消除電池組件輻照損傷，延長電池的使用壽命。
【具體實施方式】
[0015]下面對本發明的技術方案進行詳細說明:
一種光電核電池熒光層的制備方法，包括如下步驟:
步驟1、在硅酸鉀溶液中加入熒光粉充分攪拌；
步驟2、加入硝酸鋇溶液，繼續攪拌；
步驟3、將混合液引流至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降；
步驟4、待玻璃基底上沉積熒光粉之后，將其取出并烘干，待其自然冷卻至常溫即可獲得所需熒光層。
[0016]所述步驟I中硅酸鉀溶液質量濃度為0.5-2% ;
所述步驟2中硝酸鋇溶液質量濃度為0.1-0.5% ;
所述硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為10:1-20:1 ;
所述的自然沉降時間為l_5h。
[0017]所述步驟I中硅酸鉀溶液質量濃度為1% ;
所述步驟2中硝酸鋇溶液質量濃度為0.3% ;
所述硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為15:1 ;
所述的自然沉降時間為3h。
[0018]所述步驟3中的烘干溫度為200-300 °C，烘干時間為0.5h。
[0019]所述步驟3中的烘干溫度為250 °C，烘干時間為0.5h。
[0020]采用本發明的方法制備的熒光層，用于制備光電核電池，其集光致熒光和輻致熒光于一體的微小型光電核電池，可通過以下方法制備得到:
步驟一、選取透光率為95%，耐1000°C的石英玻璃片作為熒光層的基底，用去離子水和酒精多次反復清洗，烘干備用；
步驟二、采用物理沉降技術在所述襯底上沉積一層厚度為70 μ m的ZnS: Cu熒光層5，將沉積后的樣品放置在250°C溫度下烘干30分鐘，待其自然冷卻至常溫即可取出，完成輻致熒光層的制備，整個制備環境為常壓；
步驟三、制備核電池的外圍結構，密封外殼9的基板為DPC，即直接利用披覆技術將銅沉積在Al2O3支架上的直接鍍銅支架。該種陶瓷材料導熱系數較高，可以提升電池的散熱效率，且可利用DPC表面鍍上的薄銅與背電極8相接觸，實現電極引出。密封外殼9的四周是普通的陶瓷散熱支架，起保護電池和散熱作用；
步驟四、將InGaP/GaAs/Ge三接面半導體層7的接觸電極用連接線焊接，并放入密封外殼9內，布置引線，在承載裝置的側面鑿出半徑為Imm的圓形孔洞將正負極接線引出；步驟五、在光伏組件的上方加載由ZnS: Cu熒光層和內部設有密封硼硅酸鹽玻璃彈性透明包囊的玻璃包囊，彈性透明包囊內充有氣態氚放射源，構成輻致熒光核電池部分；步驟六、在整個外圍結構上方加載一種菲涅爾聚光透鏡制成的透明窗體，然后將電池的各個單元封裝組合，完成光電核電池的制備。其中，放射性同位素的活性區面積和半導體層的光吸收表面積略小于焚光層的表面積。
[0021]本技術領域技術人員可以理解的是，本發明中已經討論過的各種操作、方法、流程中的步驟、措施、方案可以被交替、更改、組合或刪除。進一步地，具有本發明中已經討論過的各種操作、方法、流程中的其他步驟、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、組合或刪除。進一步地，現有技術中的具有與本發明中公開的各種操作、方法、流程中的步驟、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、組合或刪除。
[0022]以上所述僅是本發明的部分實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種光電核電池熒光層的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1、在硅酸鉀溶液中加入熒光粉充分攪拌； 步驟2、加入硝酸鋇溶液，繼續攪拌； 步驟3、將混合液引流至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降； 步驟4、待玻璃基底上沉積熒光粉之后，將其取出并烘干，待其自然冷卻至常溫即可獲得所需熒光層。2.根據權利要求1所述的光電核電池熒光層的制備方法，其特征在于: 所述步驟I中硅酸鉀溶液質量濃度為0.5-2% ; 所述步驟2中硝酸鋇溶液質量濃度為0.1-0.5% ; 所述硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為10:1-20:1 ; 所述的自然沉降時間為l_5h。3.根據權利要求2所述的光電核電池熒光層的制備方法，其特征在于: 所述步驟I中硅酸鉀溶液質量濃度為1% ; 所述步驟2中硝酸鋇溶液質量濃度為0.3% ; 所述硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為15:1 ; 所述的自然沉降時間為3h。4.根據權利要求1所述的光電核電池熒光層的制備方法，其特征在于:所述步驟3中的烘干溫度為200-300 °C，烘干時間為0.5h。5.根據權利要求4所述的光電核電池熒光層的制備方法，其特征在于:所述步驟3中的烘干溫度為250°C，烘干時間為0.5h。
【專利摘要】本發明公開了一種光電核電池熒光層的制備方法，首先，在硅酸鉀溶液中加入熒光粉充分攪拌；其次，加入硝酸鋇溶液,繼續攪拌；然后，將混合液引流至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降；最后，待玻璃基底上沉積熒光粉之后，將其取出并烘干，待其自然冷卻至常溫即可獲得所需熒光層。該方法制備的熒光層用于光電核電池中，能夠使得核電池在無光的情況下繼續使用。
【IPC分類】G21H1/00
【公開號】CN105139912
【申請號】CN201510459729
【發明人】馮方敏
【申請人】蘇州宏展信息科技有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月31日