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近日，原子能院聯(lián)合廈門大學(xué)成功研制鍶-90輻光伏同位素電源樣機，該研究成果以“基于閃爍波導(dǎo)聚光結(jié)構(gòu)的輻光伏鍶-90同位素電池”為題，發(fā)表于國際頂級光學(xué)期刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》（《Light: Science & Applications》），期刊影響因子為23.4。該研究成果為輻光伏效應(yīng)同位素電池在極端環(huán)境與特種裝備能源領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的可能性，對推動我國同位素電源技術(shù)體系建設(shè)、促進(jìn)我國同位素技術(shù)學(xué)科發(fā)展具有重要意義。

輻光伏效應(yīng)同位素電池是將放射性能量轉(zhuǎn)換成光能，再通過光伏器件轉(zhuǎn)換為電能的一種二次換能裝置。其優(yōu)勢是在使用高能輻射源的同時可以避免器件的輻射損傷，從而保證了電池高功率輸出的穩(wěn)定性和長壽命。該電池可用于深空探測、深海和極地等惡劣環(huán)境的監(jiān)測及災(zāi)害預(yù)警等，能為極端場景中的電子設(shè)備提供持續(xù)數(shù)十年的免維護(hù)能源。

為解決傳統(tǒng)輻光伏效應(yīng)同位素電池轉(zhuǎn)換效率低和輸出功率低的問題，原子能院核技術(shù)綜合研究所項目團(tuán)隊創(chuàng)新性地提出了基于閃爍波導(dǎo)聚光結(jié)構(gòu)的輻光伏鍶-90同位素電池，以鈰摻雜釓鎵鋁石榴石（GAGG:Ce）構(gòu)建聚光波導(dǎo)換能結(jié)構(gòu)，通過鍶-90輻射源與該結(jié)構(gòu)進(jìn)行多層交替耦合與堆疊，有效實現(xiàn)了激發(fā)熒光的高效傳輸和聚光發(fā)射，同時結(jié)合光譜匹配的AlGaInP光伏組件，大幅增強了電池的體積能量密度與輸出功率。經(jīng)測試，單模塊樣機輸出功率達(dá)到了48.9μW（微瓦），能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)2.96%，并且能夠通過多模塊集成實現(xiàn)毫瓦級輸出，其換能效率和輸出功率均超越了國際同類核電池水平。未來，通過與儲能器件配合使用，該電池有望實現(xiàn)瞬時瓦級功率輸出，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍。

基于閃爍波導(dǎo)聚光結(jié)構(gòu)的輻光伏鍶-90同位素電池結(jié)構(gòu)

下一步，項目團(tuán)隊將以實際應(yīng)用需求為牽引，致力于進(jìn)一步提高輻光伏電池的能量轉(zhuǎn)換效率和輸出功率，持續(xù)推動輻光伏電池技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化。