邱健蓄电池制备工艺对Betavoltaic电池性能的影响
来源：
邱健蓄电池 发布时间：2026-02-27 10:38:05 点击： 次
摘要
校对伏打电池因其高能量密度、强环境适应性和长使用寿命而具有广阔应用前景。然而当前实验装置的能量转换效率仍较低。本研究通过优化表面钝化、金属电极工艺及减小有效面积，旨在提升校对伏打电池的转换效率。通过采用干氧氧化表面钝化、Ni/Ti/Al/Ni金属电极及4 mm×4 mm有效面积，本研究中SiC基校对伏打电池的短路电流密度达到约18 nA/cm2填充因子大于0.8，最大输出功率密度约为20 nW/cm²2，其能量转换效率达到2.43%至2.63%。此外，所制备的碳化硅基贝塔伏打电池的开路电压温度系数为1.6至2.8 mV/K。经过相当于5年工作时间的电子束加速老化实验后，该电池填充因子和开路电压的最大变化量小于3%，表现出良好的耐候性。这些研究成果为实验性贝塔伏打电池器件的性能提升提供了重要数据支撑。
引言
贝塔伏打电池作为微机电系统的核心组件，是通过半导体换能器件将同位素衰变核能转换为电能的装置。其具有能量密度高、环境适应性强、工作寿命长、耐温性能优异等独特优势，在军事与民用领域均具备广阔应用前景[1][2][3]。
碳化硅(SiC)具有宽带隙、良好的抗辐射性能和高电子饱和漂移速率，在贝塔伏特电池领域展现出广阔应用前景[4][5][6]。郭辉等[7]制备了PIN结构的SiC基光伏核电池，在0.16 mCi镍同位素源辐照下获得了0.98 V开路电压、0.64填充因子和0.32 nW最大输出功率。63赵晨等[8]对SiC电池在63采用Ni同位素源，实现1.91–1.94 V的开路电压、0.85–0.87的填充因子以及约5 nW/cm²的最大输出功率。3T. Kang团队[9]通过实现1.6 V的开路电压和49 nA的短路电流，验证了SiC基Beta伏打电池的潜力，并成功点亮了LED。
尽管β伏电池经过多年发展，能量转换效率仍是该领域的主要挑战。部分研究者尝试通过优化制备工艺来解决这一问题。张凯等[10]采用平面硅探测器技术制备了硅基β伏电池，发现漏电流与输出功率随尺寸增大而增加。刘云鹏[11]则发现宽沟槽与方形电极结构能够提升硅基β伏电池的输出功率。然而，目前关于β伏电池制备工艺的研究仍显不足，其对电池性能的影响机制尚未充分阐明，难以为电池开发提供有效指导。
此外，考虑到betavoltaic battery在特殊环境中的应用[12]，[13]，其耐候性研究同样至关重要。严苛环境对半导体材料提出了更为严格的要求[14]，[15]，因此有必要评估betavoltaic battery的温度适应性与长期运行稳定性。
本文将通过实验研究钝化、电极和有效面积等关键制造工艺对betavoltaic battery输出性能的影响，并提出一种优化的高性能betavoltaic battery制造方案。此外，将对优化后的betavoltaic battery进行长期稳定性与温度适应性测试，以验证其环境适应性。
