انتخاب بهینه مبدل نیمه‌هادی جهت افزایش توان و بازدهی در باتری‌های بتاولتائیک با چشمه‌های بتازای 3H، 63Ni و 147Pm

Abstract

مواد نیمه‌هادی به‌عنوان مبدل انرژی گسیلی به انرژی الکتریکی در باتری‌های بتاولتائیک نقش مهمی را ایفا می‌کند. انتخاب بهینه آن‌ها باعث افزایش بازدهی در این باتری‌ها خواهد شد. در این پژوهش بر اساس نیمه‌هادی‌های متداول و با تکیه ‌بر افزایش حداکثری بازدهی باتری بتاولتائیک و امکان به‌کارگیری چشمه‌های بتازای 63Ni ،3H و 147Pm، شاخص‌ها و معیارهای انتخاب بهینه مواد نیمه‌هادی مشخص گردید. معیارهای ارزیابی شامل ضریب پس‌پراکندگی ذرات بتا از نیمه‌هادی، بازدهی تولید زوج الکترون-حفره، مشخصات و ویژ‌گی‌های الکترونیکی، آستانه آسیب تابشی، بهره تولید تابش ترمزی، توان توقف و نفوذ ذرات بتا در نیمه‌هادی، مشخصات فیزیکی و تحمل دمایی، قابلیت دسترسی و ساخت در نظر گرفته‌شده است. بر اساس این معیارها و با مقایسه با نیمه‌هادی سیلیکون، نیمه‌هادی‌های متداول مورد ارزیابی کمی قرار گرفته‌شده است. تعداد ده نیمه‌هادی B4C ،MgO ،AlN ،C-BN ،6H-SiC ،4H-SiC ،3C-SiC ،2H-SiC ،Diamond ،β-B باعدد اتمی مؤثر کم‌تر از 14 و باند گپ بالاتر از 1/12 الکترون‌ولت در دمای اتاق (K 300) در مقایسه با نیمه‌هادی سیلیکون، مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به نتایج حاصل از شاخص‌های ارزیابی، نیمه‌هادی‌های 4H-SiC ،c-BN ،Diamond گزینه‌های مناسب‌تر از نظر بازدهی انتخاب گردید. با توجه به ارزیابی‌های انجام‌شده در این پژوهش، برای ساختارهای دو بعدی باتری بتاولتائیک نوع پیوند نیمه‌هادی برای الماس از نوع شاتکی با رادیوایزوتوپ 147pm، همچنین برای نیمه‌هادی 4H-SiC با رادیوایزوتوپ‌های 63Ni و یا 3H و برای ساختارهای سه‌بعدی باتری‌های بتاولتائیک ترکیب Si با رادیوایزوتوپ‌های 147pm و یا 63Ni پیشنهاد می‌گردد.

Keywords

• نیمه‌هادی
• باتری
• بتاولتائیک
• بازدهی
• معیار ارزیابی
• انتخاب بهینه