بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله، به منظور بهبود دقت محاسبه پارامترهای باتری بتاولتائیک، ابتدا با استفاده از کد 1MCNPXتوزیع انباشت انرژی ناشی از طیف بتای چشمه نیکل-63 داخل نیمههادی سیلیکون شبیه سازی، سپس با بهره بردن از یکی از قابلیت های کد سیلواکو - 2پارامتر F.RADIATE دستور - BEAM، تابع مترجم 3در محیط C++ تعریف ودرانتها جهت محاسبه مشخصههای الکتریکی باتری مبتنی بر نتایج وابسته به مکان MCNPX، از کد سیلواکو استفاده شده است. محاسبات برای 108 ذره بتا چشمه با اکتیویته 100 mCiو نیمههادی به سطح مقطع1 cm2وغلظت ناخالصیهای Na= 1×1019 cm-3 و Nd= 3/16× 1016cm-3 انجام شده که مقادیر596/8 nA، 268 mV، 110/47 nWو % 46/5 به ترتیب برای جریان اتصال کوتاه، ولتاژ مدار باز، توان خروجی و بازدهی به دست آمد.
مقدمه:
از زمان پیدایش اثر بتاولتائیک در دهه 1950، زمانی که ارنبرگ 4اثر الکترون-ولتائیک را برای اولین بار گزارش کرد، تاکنون روند تکامل و توسعه فناوری نانو/ میکروباتریهای مبتنی بر این ایده، دارای فراز و نشیبهایی بوده است. ویژگیهای خاص باتری بتاولتائیک، آنرا در زمره بهترین گزینهها برای تامین منابع انرژی کمتوان قرار داده است. در سالهای اخیر همراه با پیشرفت تکنولوژی دراین زمینه گزینههای مختلفی مانند سلولهای خورشیدی، باتریهای شیمیایی جدید، تامین کننده مایکروویو[1] و مولدهای ارتعاش 5ارائه شده است.
اما میکروباتریهای بتاولتائیک به دلیل داشتن ویژگیهای منحصر به فردشان شامل چگالی انرژی بالا، طول عمر بالا ناشی از نیمه عمر طولانی برخی از رادیوایزوتوپها، عدم نیاز به ذخیرهسازی سوخت، امکان ساخت در مقیاس کوچک - فشرده سازی - ، عدم تاثیرپذیری قابل توجه از عوامل محیطی و ... مورد توجه بسیاری از محققین و پژوهشگران در چند دهه گذشته بوده است.[2] امکان فشردهسازی آنرا به عنوان یکی از بهترین گزینههای منابع تامین کننده توان در سطح نانو و میکرو برای کاربردهای خاص مانند زیست پزشکی، صنعتی، نظامی و حتی تجاری مطرح ساخته است.
علاوه براین، برخی فنآوریهای جدید از قبیل سیستم های میکرو الکترومکانیکی 6 - MEMS - و اینترنت اشیاء - IOT - 7 مهمترین دلیل یا انگیزه برای تحقیق و بررسی در مورد این نوع تامین کننده انرژی میباشند. در طول دهههای گذشته، اگرچه برخی مطالعات نشان دادند که طیف انرژی بتای منابع برتوزیع انباشت آن در جاذب و بنابراین بر طراحی و عملکرد باتری تأثیر میگذارد[3]، لیکن بیشتر مطالعات نظری صرفا بر روی میانگین و حداکثر انرژی این ذرات جهت محاسبه عملکرد باتری متمرکز شده است.
هدف از این مقاله ارائه رویکردی است که با افزایش دقت محاسبات و بدست آوردن چگونگی توزیع واقعی انباشت انرژی که میزان تولید وابسته به مکان زوج الکترون- حفره8 را درون نیمههادی میکروباتری بتاولتائیک مشخص میکند، بتوان با بهینه سازی طراحی، بازدهی این نوع میکروباتریها را افزایش داد. لذا در ابتدا با مرور اجمالی روشهای تحلیلی، عوامل موثر بر بازدهی باتری بررسی شده سپس با معرفی کد ترکیبی MCNPX-SILVACO که برای شبیهسازی فرآیندهای دو بخش اصلی سلول بتاولتائیک - محاسبه زوج الکترون-حفره ناشی از ترابرد ذرات بتا درون نیمههادی و مشخصههای الکتریکی باتری - استفاده شده، نتایج حاصل با نتایج یک نمونه تحلیلی قبلی مقایسه میگردد.
