权益分类	功能权益	普通用户	{{item.name}}会员
{{category.name}}	{{benefitItem.name}}

Ultrahigh efficient betavoltaic cells using diamond pn junction

使用金刚石 pn 结的超高效率贝塔伏特电池

基本信息

批准号：
21K18000
负责人：
嶋岡毅紘
金额：
$ 3万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ベータボルタ電池はβ線源とダイオードを組み合わせた発電デバイスである。数十年以上の長い電池寿命のため宇宙、深海等の極限環境でのリモートセンサへの給電やインプラントデバイスへの応用が期待されている。研究代表者らはこれまでにダイヤモンドpn接合ダイオードを用いて、高い電子線のエネルギー変換効率が得られることを示してきた。本研究は大面積ダイヤモンドpn接合ベータボルタ電池作製を妨げるダイオード特性劣化要因の同定やダイオードの大型化に取り組むものである。本年度は (i)大型(111)基板の作製、(ii)大型pn接合素子の試作, (iii)ダイヤモンドpn接合ベータボルタ電池の温度依存性評価の３つに取り組んだ。(i)ではpn接合形成に好ましい(111)を主面とした大型基板作製に取り組んだ。(100)成長により作製したバルク単結晶からレーザーカット、研磨により7~8mm角相当の(111)大型単結晶ダイヤモンド基板を作製した。典型的な(111)基板のサイズは2-3mmであり、それらの数倍の面積を持つ基板作製に成功した。(ii)では高圧合成Ib型ダイヤモンド基板上にφ1mmの素子を試作し、整流比10桁のpn接合ダイオードが作製できた。本基板の転位密度は10^4-10^5cm-2であり、このオーダー以下の転位であれば、ベータボルタ電池の整流比には大きな影響を及ぼさないことが確認できた。エピやデバイスプロセス起因の欠陥が整流特性に影響を及ぼしているものと示唆された。(iii)では系外惑星探査など極限環境を想定して、室温から数Kまでのエネルギー変換効率の温度依存性を調査した。100K以下では直列抵抗の増加に起因してエネルギー変換効率が低下すること、100K以上ではSiと比較し、2倍以上のエネルギー変換効率が維持できることを明らかにした。

The battery has a beta source and a power source. Long battery life of more than decades is expected in extreme environments such as the universe and deep sea. The research representative replied that the high electron wire production efficiency was obtained by using the high electron wire production efficiency. In this study, the main reasons for the degradation of battery characteristics in large area were determined by the increase of battery size. This year, three components were selected: (i) manufacturing of large (111) substrates,(ii) trial production of large pn junction elements, and (iii) temperature dependence evaluation of large pn junction cells. (i)For the formation of pn junction, the main surface of the substrate is selected. (100)Growth and grinding of (111) large-scale single crystal substrates with an angle of 7~8mm The typical Ø (111) substrate has a diameter of 2-3mm and an area of several times that of the substrate. (ii)High voltage synthesis Ib type silicon substrate with φ1mm element test, rectification ratio 10, pn junction test The cell density of the substrate is 10^4- 10^5 cm-2, and the cell density is below 10^4 cm-2, and the cell rectification ratio is below 10^4 cm-2. The reason for this is that the rectification characteristics are affected by the change in the temperature. (iii)To investigate the temperature dependence of the conversion rate of the temperature range from room temperature to temperature. Below 100K, the rate of change is low, above 100 K, the rate of change is high, above 100K, the rate of change is high.