一种光电核电池荧光层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于核物理、核能应用和微能源领域，具体涉及一种光电核电池荧光层的制备方法。
【背景技术】
[0002]目前在超低功率装置、自动控制系统以及航天电子器件等众多领域，尤其是一些现阶段更换和维修较困难的供电节点，具备长寿命、高效稳定、小尺寸、重量轻、环境适应能力强、工作温度范围宽和输出功率稳定等优势的核电池可以很好的满足这些特殊需求。
[0003]常规现有的核电池中，热电温差效应核电池体积较大，难以实现小型化；辐射伏特效应核电池由于放射源释放的粒子是和半导体换能组件直接发生作用，半导体材料易受辐照损伤；而采用辐射能-光能-电能二次换能模式的辐致荧光核电池可以很好的规避上述不足。辐致荧光核电池的具体工作原理是将放射性同位素衰变释放的载能粒子(如α、β粒子)轰击荧光层，辐射激发经过电子辐射跃迀等一系列中间过程后产生荧光，再利用半导体材料收集，光子将能量传递给电子，在材料中产生很多电子空穴对，电子空穴对在PN结的内建电场作用下分别向两侧漂移，在P型侧和N型侧分别收集大量的空穴和电子，将P、N电极和负载相连接，便可形成回路产生电流。其中，荧光层相对于辐射伏特效应核电池中的半导体材料而言耐辐照性能更强。
[0004]但是，由于受放射源粒子通量、材料自吸收效应、各部件间匹配耦合程度和光学传输损耗等限制因素，常规结构的辐致荧光核电池的输出功率较低，能量转换效率不高。与此同时另一方面，作为光电换能单元的太阳能电池对太阳光的依赖性较高，在黑暗下便无输出，受环境因素限制较大。该两类供电方式在各自单独工作的情况下，都存在一定的局限性，使得其应用潜质大打折扣。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:提供一种光电核电池荧光层的制备方法，解决了在无太阳光的黑暗环境下，辐致荧光效应不能继续发挥作用的问题。
[0006]本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案:
一种光电核电池荧光层的制备方法，包括如下步骤:
步骤1、在硅酸钾溶液中加入荧光粉充分搅拌；
步骤2、加入硝酸钡溶液，继续搅拌；
步骤3、将混合液引流至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降；
步骤4、待玻璃基底上沉积荧光粉之后，将其取出并烘干，待其自然冷却至常温即可获得所需荧光层。
[0007]所述步骤I中硅酸钾溶液质量浓度为0.5-2% ;
所述步骤2中硝酸钡溶液质量浓度为0.1-0.5% ;
所述硅酸钾溶液与硝酸钡溶液的容积比为10:1-20:1 ; 所述的自然沉降时间为l_5h。
[0008]所述步骤I中硅酸钾溶液质量浓度为1% ;
所述步骤2中硝酸钡溶液质量浓度为0.3% ;
所述硅酸钾溶液与硝酸钡溶液的容积比为15:1 ;
所述的自然沉降时间为3h。
[0009]所述步骤3中的烘干温度为200-300 °C，烘干时间为0.5h。
[0010]所述步骤3中的烘干温度为250 °C，烘干时间为0.5h。
[0011]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
1、本发明的荧光层用于光电核电池中，使得制备的核电池的放射源为气态氚，透光性较好，使得结合太阳光共同作用成为可能，增大电池的输出功率，大大提高了电池的能量密度，拓展了电池的应用领域，同时放射性同位素氚的半衰期较长，保证了电池能够长时间工作。
[0012]2、本发明核电池采用叠层结构，太阳光和放射源释放的粒子可以应用同一个半导体光伏组件来完成能量转换机制，不仅结构紧凑，激发源的利用率高，而且减少了器件的使用数量，降低了电池本身的内电阻和漏电流，有效降低了电池的故障率。
[0013]3、本发明所述的荧光层采用物理沉降法或者胶粘复合法制备，工艺相对简单，易于实现，且可以根据不同的要求，更换合适的荧光物质和基板材料等，电池设计更加灵活。
[0014]4、本发明所述的微小型电池上表面采用覆有T12Al2O3材料制成的均匀减反射薄膜的菲涅尔聚光透镜封装，在300~900nm波段具有较高的光透射率，良好的化学稳定性、粘附性、耐久性和抗光辐射能力，可以有效地缓解甚至消除电池组件辐照损伤，延长电池的使用寿命。
【具体实施方式】
[0015]下面对本发明的技术方案进行详细说明:
一种光电核电池荧光层的制备方法，包括如下步骤:
步骤1、在硅酸钾溶液中加入荧光粉充分搅拌；
步骤2、加入硝酸钡溶液，继续搅拌；
步骤3、将混合液引流至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降；
步骤4、待玻璃基底上沉积荧光粉之后，将其取出并烘干，待其自然冷却至常温即可获得所需荧光层。
[0016]所述步骤I中硅酸钾溶液质量浓度为0.5-2% ;
所述步骤2中硝酸钡溶液质量浓度为0.1-0.5% ;
所述硅酸钾溶液与硝酸钡溶液的容积比为10:1-20:1 ;
所述的自然沉降时间为l_5h。
[0017]所述步骤I中硅酸钾溶液质量浓度为1% ;
所述步骤2中硝酸钡溶液质量浓度为0.3% ;
所述硅酸钾溶液与硝酸钡溶液的容积比为15:1 ;
所述的自然沉降时间为3h。
[0018]所述步骤3中的烘干温度为200-300 °C，烘干时间为0.5h。
[0019]所述步骤3中的烘干温度为250 °C，烘干时间为0.5h。
[0020]采用本发明的方法制备的荧光层，用于制备光电核电池，其集光致荧光和辐致荧光于一体的微小型光电核电池，可通过以下方法制备得到:
步骤一、选取透光率为95%，耐1000°C的石英玻璃片作为荧光层的基底，用去离子水和酒精多次反复清洗，烘干备用；
步骤二、采用物理沉降技术在所述衬底上沉积一层厚度为70 μ m的ZnS: Cu荧光层5，将沉积后的样品放置在250°C温度下烘干30分钟，待其自然冷却至常温即可取出，完成辐致荧光层的制备，整个制备环境为常压；
步骤三、制备核电池的外围结构，密封外壳9的基板为DPC，即直接利用披覆技术将铜沉积在Al2O3支架上的直接镀铜支架。该种陶瓷材料导热系数较高，可以提升电池的散热效率，且可利用DPC表面镀上的薄铜与背电极8相接触，实现电极引出。密封外壳9的四周是普通的陶瓷散热支架，起保护电池和散热作用；
步骤四、将InGaP/GaAs/Ge三接面半导体层7的接触电极用连接线焊接，并放入密封外壳9内，布置引线，在承载装置的侧面凿出半径为Imm的圆形孔洞将正负极接线引出；步骤五、在光伏组件的上方加载由ZnS: Cu荧光层和内部设有密封硼硅酸盐玻璃弹性透明包囊的玻璃包囊，弹性透明包囊内充有气态氚放射源，构成辐致荧光核电池部分；步骤六、在整个外围结构上方加载一种菲涅尔聚光透镜制成的透明窗体，然后将电池的各个单元封装组合，完成光电核电池的制备。其中，放射性同位素的活性区面积和半导体层的光吸收表面积略小于焚光层的表面积。
[0021]本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
[0022]以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种光电核电池荧光层的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤1、在硅酸钾溶液中加入荧光粉充分搅拌； 步骤2、加入硝酸钡溶液，继续搅拌； 步骤3、将混合液引流至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降； 步骤4、待玻璃基底上沉积荧光粉之后，将其取出并烘干，待其自然冷却至常温即可获得所需荧光层。2.根据权利要求1所述的光电核电池荧光层的制备方法，其特征在于: 所述步骤I中硅酸钾溶液质量浓度为0.5-2% ; 所述步骤2中硝酸钡溶液质量浓度为0.1-0.5% ; 所述硅酸钾溶液与硝酸钡溶液的容积比为10:1-20:1 ; 所述的自然沉降时间为l_5h。3.根据权利要求2所述的光电核电池荧光层的制备方法，其特征在于: 所述步骤I中硅酸钾溶液质量浓度为1% ; 所述步骤2中硝酸钡溶液质量浓度为0.3% ; 所述硅酸钾溶液与硝酸钡溶液的容积比为15:1 ; 所述的自然沉降时间为3h。4.根据权利要求1所述的光电核电池荧光层的制备方法，其特征在于:所述步骤3中的烘干温度为200-300 °C，烘干时间为0.5h。5.根据权利要求4所述的光电核电池荧光层的制备方法，其特征在于:所述步骤3中的烘干温度为250°C，烘干时间为0.5h。
【专利摘要】本发明公开了一种光电核电池荧光层的制备方法，首先，在硅酸钾溶液中加入荧光粉充分搅拌；其次，加入硝酸钡溶液,继续搅拌；然后，将混合液引流至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降；最后，待玻璃基底上沉积荧光粉之后，将其取出并烘干，待其自然冷却至常温即可获得所需荧光层。该方法制备的荧光层用于光电核电池中，能够使得核电池在无光的情况下继续使用。
【IPC分类】G21H1/00
【公开号】CN105139912
【申请号】CN201510459729
【发明人】冯方敏
【申请人】苏州宏展信息科技有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月31日