Development of nuclear microbattery prototype based on Schottky barrier diamond diodes

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作者
В. С. Бормашов,S. Yu. Troschiev,Alexander Volkov,С. А. Тарелкин,Eugeniy Korostylev,А. В. Голованов,М. С. Кузнецов,Dmitry Teteruk,Н. В. Корнилов,S.A. Terentiev,С.Г. Буга,В. Д. Бланк
出处
期刊:Physica Status Solidi A-applications and Materials Science [Wiley]
卷期号:212 (11): 2539-2547 被引量:101
标识
DOI:10.1002/pssa.201532214
摘要

We designed, fabricated, and tested for the first time a prototype of nuclear micropower battery with an overall active area about 15 cm 2 consisted in 130 single cells based on Schottky barrier diamond diodes. Diodes selection for the battery assembly was performed on the basis of I – V curves measurements at electron beam irradiation in SEM. A typical energy conversion efficiency of each cell was about 4–6%. To characterize a battery prototype performance, we carried out photovoltaic measurements using different radioisotopes. Under irradiation by 63 Ni source with activity of 5 mCi cm −2 , the output power density of 3 nW cm −2 was obtained. Due to large energy loss of the emitted β particles in source itself, the total battery efficiency was only 0.6%. However, with the long‐lived 63 Ni isotope, this already gives the battery specific energy of about 120 W · hr/kg, comparable with the commercial chemical cells. During experiments with high activity 90 Sr– 90 Y source, no degradation was observed after 1,400 h of the radiation exposure. The maximum output power density of 2.4 µW cm −2 was achieved using 238 Pu α source. The results display that synthetic diamond is a highly promising material for nuclear microbattery fabrication. A strategy to further cell optimization is also discussed.
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