CN106537514B

CN106537514B - 核辐射粒子电力转换器

Info

Publication number: CN106537514B
Application number: CN201580017703.8A
Authority: CN
Inventors: A·芬纳; D·A·鲁本; A·J·马林; P·F·格里什; B·C·弗莱施豪尔; L·E·泰勒
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2035-03-24
Also published as: US20150279491A1; WO2015153187A1; US20210210246A1; EP3127123A1; CN106537514A; EP3127123B1; US10096393B2; US10811157B2; US11881325B2; US20190066861A1

Abstract

公开了核辐射粒子电力转换器和形成这样的电力转换器(10)的方法的不同实施例。在一个或多个实施例中，所述电力转换器可以包括：第一和第二电极；三维集电器，所述三维集电器被布置在所述第一电极(12)与第二电极(20)之间并且被电联接至所述第一电极；以及电荷载体分离器(40)，所述电荷载体分离器被布置在所述三维集电器(30)的表面的至少一部分上。所述电力转换器还可以包括：空穴导体层(50)，所述空穴导体层被布置在所述电荷载体分离器的至少一部分上并且被电联接至所述第二电极；以及核辐射发射材料(60)，所述核辐射发射材料被布置成使得由所述核辐射发射材料发射的至少一种核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。

Description

核辐射粒子电力转换器

本申请要求于2014年3月31日提交的美国临时申请号61/972,551的权益，将所述临时申请通过引用以其全文结合在此。

背景技术

辐射粒子电力转换器可以将来自发射高能电子(例如，β粒子)的放射源的能量转换成电能。所述电力转换器可以通过收集由入射在所述电力转换器的半导体材料上的高能电子形成的电子-空穴对将这些高能电子的能量转化成电能，即电流。

一种这样的电力转换器包括辐射发射放射性同位素和多个半导体衬底。所述多个半导体衬底各自包括用于将多个核辐射粒子转换成电能的结，例如p-n结。所述结收集在所述半导体材料内由于与这些核辐射粒子相互作用而产生的多个电子-空穴对。确切地讲，当有足够能量的辐射粒子撞击所述半导体材料时，半导体材料中的电子被激发形成所述半导体材料的导带，由此产生电子-空穴对。由于在耗尽区产生的电场，通常防止形成在p-n结的n侧上的电子横穿所述p-n结，而相应的空穴通过所述电场扫掠过所述p-n结。形成在p-n结的p侧上的电子通过所述电场扫掠过所述结，而通过所述电场防止相应的空穴横穿所述结。当所述半导体材料被连接至负载时，形成在所述结的n侧的电子从p侧扫掠过所述结或者经由阳极进一步扫掠过与所述电力转换器相连接的电路。流动通过所述电路的电子随后经由阴极流动到所述p侧中，其中这些电子可以与形成为初始电子-空穴对的一部分的空穴再结合。

概述

总体上，本公开提供了核辐射粒子电力转换器的若干实施例。

在一个方面，本公开提供了电力转换器的一个实施例，所述电力转换器包括：第一和第二电极；三维集电器，所述三维集电器被布置在所述第一电极与第二电极之间并且被电联接至所述第一电极；以及电荷载体分离器，所述电荷载体分离器被布置在所述三维集电器的表面的至少一部分上。所述电力转换器进一步包括：空穴导体层，所述空穴导体层被布置在所述电荷载体分离器的至少一部分上并且被电联接至所述第二电极；以及核辐射发射材料，所述核辐射发射材料被布置成使得由所述核辐射发射材料发射的至少一种核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。

在另一方面，本公开提供了方法的一个实施例，所述方法包括：在第一与第二电极之间形成三维集电器，其中所述三维集电器被电联接至所述第一电极；在所述三维集电器的表面的至少一部分上形成电荷载体分离器；以及在所述电荷载体分离器的至少一部分上形成空穴导体层，其中所述空穴导体层被电联接至所述第二电极。所述方法进一步包括形成邻近所述电荷载体分离器的核辐射发射材料，使得由所述核辐射发射材料发射的至少一种核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。

根据以下详细说明，本公开的这些和其他方面将变得明显。然而，以上概述决不应当被解释为是对所要求保护的主题的限制，所述主题仅由所附权利要求书限定，并且可以在审查过程中进行修改。

附图说明

贯穿本说明书，参考附图，其中类似参考数字表示类似元件，并且其中：

图1A是电力转换器的一个实施例的示意性截面视图。

图1B是图1A的电力转换器的一部分的示意性截面视图。

图2是电力转换器的另一实施例的一部分的示意性截面视图。

图3是电力转换器的另一实施例的一部分的示意性截面视图。

图4是电力转换器的另一实施例的一部分的示意性截面视图。

图5是电力转换器的另一实施例的一部分的示意性截面视图。

图6是电力转换器的另一实施例的一部分的示意性截面视图。

图7是包括电力转换器的可植入医疗装置的一个实施例的示意性截面视图。

详细说明

总体上，本公开提供了核辐射粒子电力转换器的若干实施例。在一个或多个实施例中，所述电力转换器可以包括发射多个核辐射粒子的核辐射发射材料，通过所述电力转换器可以将这些核辐射粒子的能量转换成电能(即，电流)。这种核辐射发射材料可以例如通过α衰变发射多个α粒子(包括两个质子和两个中子的核粒子，例如，氦原子的原子核)或通过β衰变发射多个β粒子(高能电子)。虽然本公开中所描述的电力转换器可以被配置成将任何适合的核辐射粒子转换成电能，但本公开将集中在用于将来自β粒子的能量转换成电能的电力转换器，通常称作“β伏打电力转换器”。来自这些β粒子的能量可以通过所述电力转换器使用电荷载体分离器(例如，多个量子点)来转换，在一个或多个实施例中，所述电荷载体分离器有助于分离由从通过β粒子发射而衰变的核辐射发射材料生成的高能电子所产生的电子-空穴对。

在一个或多个实施例中，所述电力转换器可以包括电荷载体分离器，所述电荷载体分离器被布置在三维集电器的表面的至少一部分上，所述三维集电器被布置在第一与第二电极之间。空穴导体层可以被布置在所述电荷载体分离器的至少一部分上。而且在一个或多个实施例中，核辐射发射材料可以被布置成使得由所述核辐射发射材料发射的至少一种核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。

例如，图1A-B是电力转换器10的一个实施例的示意性截面视图，其中图1B是图1A的电力转换器10的一部分的放大视图。电力转换器10包括第一电极12和第二电极20。三维集电器30被布置在第一与第二电极12、20之间，并且在一个或多个实施例中被电联接至所述第一电极。电力转换器10还可以包括电荷载体分离器40(图1B)，在一个或多个实施例中所述电荷载体分离器被布置在三维集电器30的表面32的至少一部分上。例如，空穴导体层50可以被布置在电荷载体分离器40的至少一部分上。在一个或多个实施例中，空穴导体层50被电联接至第二电极20。

电力转换器10还可以包括核辐射发射材料60(图1B)。在一个或多个实施例中，核辐射发射材料60可以被布置在相对于电荷载体分离器40的任何适合位置，使得由所述核辐射发射材料发射的至少一种核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。例如，在一个或多个实施例中，核辐射材料60可以被布置在三维集电器30、电荷载体分离器40以及空穴导体层50中的至少一者内。如本文中进一步描述的，在一个或多个实施例中，核辐射材料60可以被形成为使得对电极70被定位在所述核辐射材料与空穴导体层50之间。

第一和第二电极12、20可以采取任何适合的一种或多种形状，并且包括任何适合的材料，例如，金属、导电聚合物、其他适合的导电体或其组合。在一个或多个实施例中，用于第一电极12和三维集电器30的材料可以被选择成使得这些材料的功函数防止形成肖特基(schottky)势垒半导体/导体界面。在一个或多个实施例中，第一电极12和三维集电器30的材料可以被选择和配置成使得它们形成肖特基势垒或欧姆接触。在一个或多个实施例中，用于第二电极20和空穴导体层50和/或对电极70的材料可以被选择成使得这些材料的功函数防止形成肖特基势垒半导体/导体界面。在一个或多个实施例中，用于第二电极20和空穴导体层50和/或对电极70的材料可以被选择和配置成使得它们形成肖特基势垒或可替代地形成欧姆接触。

在一个或多个实施例中，第一和第二电极12、20可以使用任何适合的技术将电力转换器10电联接至其他装置。进一步地，取决于其中使用电力转换器10的应用，第一或第二电极12、20中任何一个可以是正的或负的。

三维集电器30被布置在第一与第二电极12、20之间。如本文中所使用的，三维集电器是结构或装置，所述结构或装置包括一个或多个表面(给所述集电极提供三个维度的广延)并且被配置成接收所述集电器的一个或多个表面上的电流或者将所述电流传输通过所述一个或多个表面。在一个或多个实施例中，三维集电器30可以被构造成使得所述三维集电器与电荷载体分离器40提供异质结构。

在一个或多个实施例中，三维集电器30被电联接至第一电极12。在一个或多个实施例中，三维集电器30被电联接至第二电极20。在一个或多个实施例中，三维集电器30可以被形成在第一电极12上。在一个或多个实施例中，集电器30可以被形成在第二电极20上。在一个或多个实施例中，一个或多个中间层可以被布置在三维集电器30与第一和第二电极12、20中的一者或两者之间，所述一个或多个中间层提供附加功能，例如导电层、粘合层等。

三维集电器30可以包括任何适合的一种或多种材料。在一个或多个实施例中，集电器30可以包括多孔材料。进一步地，在一个或多个实施例中，集电器30可以包括高带隙半导体材料，例如TiO₂、SnO₂、ZnO、WO₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅、BaTiO₃、SrTiO₃、ZnTiO₃、CuTiO₃以及其组合。在一个或多个实施例中，集电器30可以包括石墨、石墨烯、C₆₀、C₇₀以及其组合。进一步地，在一个或多个实施例中，集电器30可以包括多孔烧结TiO₂材料、多孔Ti/TiO₂材料等。

三维集电器30可以采取任何适合的一种或多种形状。在一个或多个实施例中，集电器30可以包括纳米棒、纳米管、纳米线、纳米晶体结构、金属泡沫、石墨烯泡沫、以及其组合。在一个或多个实施例中，集电器30可以包括光刻图案化(lithographically-patterned)结构或其他有序结构，例如可以使用例如3D印刷技术来制造的结构。而且集电器30的表面32可以采取任何适合的一种或多种形状。总体上，在一个或多个实施例中，对于任何给定的体积，三维集电器30可以使表面32的表面积最大化。

电力转换器10还可以包括电荷载体分离器40。分离器40可以被布置在任何适合位置。例如，在图1A-B中所展示的实施例中，分离器40被布置在三维集电器30的表面32的至少一部分上。电荷载体分离器40可以被布置在所述三维集电器的表面32的任何适合的部分上，例如整个表面32。

在一个或多个实施例中，电荷载体分离器40可以被布置在空穴导体层50内，使得所述电荷载体分离器提供三维结构但仍然与三维集电器30相接触。一个或多个实施例中，电荷载体分离器40和三维集电器30可以形成异质结构。

电荷载体分离器40可以包括任何适合的一种或多种材料。在一个或多个实施例中，分离器40可以包括氧化物。在一个或多个实施例中，分离器40可以是用于形成三维集电器30的材料的氧化物，例如TiO₂。在一个或多个实施例中，电荷载体分离器40可以包括纳米晶体。如本文中所使用的，术语“纳米晶体”指的是基本上单晶的纳米结构。纳米晶体具有小于约500nm、并且向下到小于约1nm的量级的尺寸的至少一个区域或特征尺寸。普通技术人员容易将术语“纳米晶体”、“纳米点”、“点”和“量子点”理解为表示相似的结构并且在本文中可互换地使用。本公开还涵盖多晶的或无定形的纳米晶体的使用。典型地，所述特征尺寸区域将沿着所述结构的最小轴。纳米晶体可以是材料特性基本均一的，或者在一些实施例中，可以是非均一的。

可以使用任何适合的一种或多种技术来生产这些纳米晶体。用于在本公开中使用的纳米晶体还可以包括任何适合的一种或多种材料，包括无机材料、以及更适合的无机导电或半导电材料。适合的半导体材料可以包括任何类型的半导体，包括II-VI族、III-V族、IV-VI族以及IV族半导体。适合的半导体材料可以包括但不限于Si、Ge、Sn、Se、Te、B、C(包括金刚石)、P、BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、Si₃N₄、Ge₃N₄、Al₂O₃、(Al,Ga,In)₂(S,Se,Te)₃、Al₂CO、以及其组合。

在一个或多个实施例中，这些半导体纳米晶体可以包括掺杂剂，例如p型掺杂剂或n型掺杂剂。本公开中有用的纳米晶体还可以包括II-VI族或III-V族半导体。II-VI族或III-V族半导体纳米晶体的示例包括来自周期表中的II族的元素(如Zn、Cd和Hg)与来自VI族的任何元素(如S、Se、Te、Po)的任何组合；以及来自周期表中的III族的元素(如B、Al、Ga、In、和Tl)与来自V族的任何元素(如N、P、As、Sb和Bi)的任何组合。

在一个或多个实施例中，这些纳米晶体可以包括通过将包含壳材料的有机金属前体添加到包含核纳米晶体的反应混合物所获得的核-壳结构。在这种情况下，这些核充当核子，并且这些壳从它们的表面生长，而不是成核过程接着生长。所述反应的温度保持在低的水平，以有利于将壳材料单体添加到所述核表面，同时防止这些壳材料的纳米晶体的独立成核。所述反应混合物中存在多种表面活性剂以引导壳材料的受控生长并且确保溶解性。当这两种材料之间存在低的晶格失配时，获得了均匀且外延生长的壳。

用于制备核-壳纳米晶体的示例性材料可以包括但不限于Si、Ge、Sn、Se、Te、B、C(包括金刚石)、P、Co、Au、BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、Si₃N₄、Ge₃N₄、Al₂O₃、(Al,Ga,In)₂(S,Se,Te)₃、Al₂CO、以及其组合。示例性核-壳发光纳米晶体包括但不限于(表示为核/壳)CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS、CdTe/ZnS、以及其他。

如本文中进一步描述的，在一个或多个实施例中，这些纳米晶体可以包括用于促进到集电器30的表面32、或到电荷载体分离器40的附加材料的粘附的功能化配体。如本文中还进一步描述的，还可以使用这些配体来促进到核辐射发射材料60的粘接。这些配体还可以促进电荷从这些纳米晶体转移到电荷载体分离器40、集电器30以及空穴导体层50中的至少一者。

在一个或多个实施例中，电荷载体分离器40可以是被形成或沉积到三维集电器30的表面32的至少一部分上的层。在一个或多个实施例中，电荷载体分离器40可以包括两层或更多层。

在一个或多个实施例中，电荷载体分离器40可以包括其他类型的结构，例如，量子阱、PN结、PIN结、肖特基结、以及钙钛矿结构。而且在一个或多个实施例中，如本文中进一步描述的，电荷载体分离器40可以包括两种或更多种类型的材料，例如，与纳米晶体组合的氧化物层、两种或更多种不同类型的纳米晶体、与纳米晶体组合的一个或多个量子阱等。

电力转换器10还可以包括空穴导体层50。在一个或多个实施例中，空穴导体层50被布置在电荷载体分离器40的至少一部分上。进一步地，在一个或多个实施例中，空穴导体层50被布置在三维集电器30的表面32的至少一部分上。而且在一个或多个实施例中，空穴导体层50可以被布置在电荷载体分离器40的至少一部分和三维集电器30的表面32的至少一部分上。在一个或多个实施例中，空穴导体层50可以被布置在三维集电器30的表面32的至少一部分上，并且电荷载体分离器40可以被布置在所述空穴导体层内使得所述电荷载体分离器与集电器30电联接。在一个或多个实施例中，空穴导体层50被电联接至第二电极20以提供用于由电荷载体分离器40发射的电子和空穴之一或两者的电通路。

空穴导体层50可以包括任何适合的一种或多种材料。例如，在一个或多个实施例中，空穴导体层50可以包括任何适合的p型半导体材料，例如CsSnI₃、ZnO、CuSCN、掺杂或未掺杂的石墨烯、空穴传导空穴传输介质(即，空穴导体、空穴传输介质)如PTAA或PEDOT、以及液体氧化还原梭(redox shuttle)如I-/I₃-。如本公开中所使用的术语“p型”或“p掺杂”是指半导体材料，所述半导体材料包括提供过量的空穴用作正的或“p型”移动电荷载体的掺杂剂。在一个示例中，p型掺杂剂可以接受来自所述半导体材料的电子。所述p型半导体材料还可以由本征p型材料制成。

进一步地，如本公开中所使用的，术语“n掺杂”或“n型”是指半导体材料，所述半导体材料包括提供过量的电子用作负的或“n型”移动电荷载体的掺杂剂。在一个示例中，n型掺杂剂可以向半导体材料供给一个或多个价电子。所述n型半导体材料还可以由本征n型材料制成。

电力转换器10还可以包括核辐射发射材料60。材料60可以被布置在任何适合位置。例如，在一个或多个实施例中，材料60可以被布置成邻近电荷载体分离器40以使粒子能量的损耗最小化。如本文中所使用的，短语“邻近电荷载体分离器”是指所述核辐射发射材料被布置成使得由所述核辐射发射材料发射的至少一种核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。例如，在一个或多个实施例中，材料60可以被布置在三维集电器30、电荷载体分离器40以及空穴导体层50中的至少一者内(如图1B中所示)。在一个或多个替代实施例中，材料60可以被布置成使得对电极70在材料60与电荷载体分离器40之间(例如，参见图6的电力转换器600)。

核辐射发射材料60可以包括任何适合的一种或多种材料。在一个或多个实施例中，核辐射发射材料60可以包括多种辐射发射放射性同位素，例如氚³H、⁶⁰Co、⁶³Ni、⁹⁰Sr、⁹⁹Tc、¹²⁷Cs以及其组合。而且材料60可以发射任何适合类型的粒子，例如，α、β、γ、x射线等。

在一个或多个实施例中，电力转换器10可以包括被布置在空穴导体层50与第二电极20之间的任选的对电极70。对电极70可以被电联接至空穴导体层50。在一个或多个实施例中，对电极70可以电联接空穴导体层50和第二电极20。在一个或多个实施例中，对电极70可以与第二电极20相接触。在一个或多个实施例中，所述对电极可以通过导电粘合剂72(图1A)电联接至第二电极20。进一步地，在一个或多个实施例中，对电极70可以通过导电粘合剂(未示出)电联接至空穴导体层50。而且在一个或多个实施例中，对电极70可以用作所述第二电极，由此替代第二电极20。

对电极70可以包括任何适合的一种或多种材料，例如Au、Pt、石墨烯、金属材料、导电聚合物、半导体、或其组合。

电力转换器10可以包括任何其他适合的一个或多个层。例如，在一个或多个实施例中，电力转换器10可以包括用于吸收由核辐射发射材料60发射的核辐射粒子以防止从所述电力转换器释放核辐射粒子的一个或多个吸收层。这样的一个或多个吸收层还可吸收产生自由核辐射发射材料60发射的核辐射粒子的减速的轫致辐射(x射线)。

在不希望受任何特定理论的束缚时，电力转换器10可以通过将来自核辐射发射材料60的放射性衰变的能量转换成电能给被电联接至所述转换器的装置或系统提供电流。例如，参考图1B，核辐射发射材料60可以在材料60衰变时发射一个或多个核辐射粒子62，例如电子，连同反中微子64。粒子62可以通过例如碰撞电离在电荷载体分离器40中生成多个电子/空穴对44/46。一个或多个释放的电子44或激子可以被喷射到三维集电器30的导带中。集电器30可以在这些释放的电子44能够与它们相关联的空穴46再结合之前将这些释放的电子44引导至第一电极12(图1A)。空穴导体层50可以通过对分离器40补充电子来填充电荷载体分离器40中的空穴46，即，电子空位。这种电子补充可以帮助在这些释放的电子44能够由集电器30收集之前防止电子-空穴对44/46的再结合。在一个或多个实施例中，相比于电子44可以与相关联的空穴46再结合，这些电子可以由三维集电器30更快地吸收，从而还有助于防止这些电子-空穴对再结合。

如本文中所提到的，本公开的电力转换器可以包括用于所述电荷载体分离器的任何适合的材料或材料组合。例如，图2是电力转换器200的一个实施例的一部分的示意性截面视图。电力转换器200在许多方面类似于图1A-B中所展示的电力转换器10。关于图1A-B的电力转换器10的所有设计考虑和可能性同样地适用于图2的电力转换器200。

一个差异在于电力转换器200包括电荷载体分离器240，所述电荷载体分离器包括第一材料242和第二材料244，所述第一材料被布置在三维集电器230的表面232的至少一部分上。在图2中所展示的实施例中，第二材料244被布置在第一材料242的至少一部分上。在一个或多个实施例中，第二材料244可以被布置在第一材料242内、或者是与第一材料242间隔开的。

电荷载体分离器240可以包括任何适合的材料或材料组合。例如，如本文中所描述的，在一个或多个实施例中，第一材料242可以包括氧化物(例如，用于三维集电器230的材料的氧化物)，并且第二材料244可以包括多个量子点。

在不希望受任何特定理论的束缚时，电力转换器200可以通过例如碰撞电离将来自核辐射发射材料260的能量转换成电能。例如，核辐射发射材料260可以发射核辐射粒子262(例如，电子)和反中微子264。粒子262入射在电荷载体分离器240的第一材料242和第二材料244中的至少一者上。粒子262碰撞在材料242、244中的一者或两者上可以致使至少一个电子-空穴对246/248的形成。如本文中进一步描述的，来自这些对246/248的电子246可以由三维集电器230引导至电极(未示出)。

如在本文中所提及的，本公开的电力转换器可以包括核辐射发射材料，所述核辐射发射材料可以被布置在任何适合位置使得由所述核辐射发射材料发射的至少一种核辐射粒子入射到电荷载体分离器上。例如，图3是电力转换器300的另一实施例的一部分的示意性截面视图。关于图1A-B和图2的电力转换器10和200的所有设计考虑和可能性同样地适用于图3的电力转换器300。一个差异在于电力转换器300包括布置在三维集电器330中的核辐射发射材料360。可以使用任何适合的技术或技术组合来在三维集电器330内提供核辐射发射材料360。核辐射发射材料360被布置成使得由核辐射发射材料360发射的至少一种核辐射粒子入射到电荷载体分离器340的第一材料342和第二材料344中的至少一者上。

进一步地，在一个或多个实施例中，核辐射发射材料可以被布置在电荷载体分离器材料内。例如，图4是电力转换器400的一部分的示意性截面视图。关于如图1A-B和图2中所展示的电力转换器10和200的所有设计考虑和可能性同样地适用于图4的电力转换器400。如图4中所展示的，核辐射发射材料460被布置在电荷载体分离器440的第二材料444内。可以使用任何适合的技术或技术组合来在第二材料444内布置核辐射发射材料。如本文中先前所描述的，核辐射发射材料460被布置在第二材料444内，使得由所述核辐射发射材料发射的至少一种核辐射粒子入射到电荷载体分离器440的第一材料442和第二材料444中的至少一者上。在一个或多个实施例中，电荷载体分离器440可以被布置在三维集电器430的表面的至少一部分上。

核辐射发射材料还可以被布置在对电极内。例如，图5是电力转换器500的一部分的示意性截面视图。电力转换器500可以包括任何适合的电力转换器，例如，电力转换器10和200。关于图1A-B和图2的电力转换器10和200的所有设计考虑和可能性同样地适用于图5的电力转换器500。如图5中所展示的，核辐射发射材料560被布置在对电极570内，使得由所述核辐射发射材料发射的至少一种核辐射粒子入射到电荷载体分离器540的第一材料542和第二材料544中的至少一者上。可以使用任何适合的技术或技术组合将核辐射发射材料560布置在对电极570内。在一个或多个实施例中，电荷载体分离器540可以被布置在三维集电器530的表面的至少一部分上。

本文中所描述的这些电力转换器的核辐射发射材料还可以被布置成使得对电极在所述核辐射发射材料与所述电荷载体分离器之间。例如，图6是电力转换器600的一部分的示意性截面视图。关于如图1A-B和图2中所展示的电力转换器10和200的所有设计考虑和可能性同样地适用于图6的电力转换器600。如图6中所展示的，核辐射发射发光材料660被布置在毗连对电极670的基质680中。核辐射发射材料660被布置成使得对电极670在所述核辐射发射材料与电荷载体分离器640之间。核辐射发射材料660被布置成使得由所述核辐射发射材料发射的至少一种核辐射粒子入射到电荷载体分离器640的第一材料642和第二材料644中的至少一者上。核辐射发射材料660和基质680可以被布置在对电极670上。可替代地，一个或多个中间层可以被布置在核辐射发射材料660和基质680与对电极670之间。基质680可以包括任何适合的一种或多种材料，例如，聚合物如石蜡、液体如水、固体如金属和氧化物等。

可以使用任何适合的技术或技术组合来生产本文中所描述的这些电力转换器。参照图1A-B，在一个或多个实施例中，三维集电器30可以被形成在第一与第二电极12、20之间。可以使用任何适合的技术或技术组合来形成集电器30，例如烧结、压制、电泳、阳极生长、阴极还原、蚀刻、光刻、3D打印、或其组合。如本文中所提及的，集电器30可以被形成在第一和第二电极12、20中的任一者上。在一个或多个实施例中，三维集电器30被电联接至第一电极12。

可以使用任何适合的技术或技术组合将电荷载体分离器40形成在三维集电器30的表面32的至少一部分上，例如阳极化，滴涂，原子层沉积(ALD)，连续离子层吸附、反应(SILAR)，化学浴沉积(CBD)或其组合。三维集电器30和电荷载体分离器40可以形成异质结构。

空穴导体层50可以被形成在电荷载体分离器40的至少一部分上。在一个或多个实施例中，使用任何适合的技术或技术组合来形成空穴导体层50，例如滴涂、原子层沉积(ALD)、连续离子层吸附和反应(SILAR)、化学浴沉积(CBD)或其组合。

核辐射发射材料60可以是邻近电荷载体分离器40形成的。在一个或多个实施例中，可以使用任何适合的技术或技术组合将核辐射发射材料60形成在三维集电器30、电荷载体分离器40以及空穴导体层50中的至少一者内或附接到其上，例如在压力和/或热量下暴露于材料60的气态形式(例如，氚气)、电镀、合成、或其组合。在一个或多个实施例中，核辐射发射材料60可以通过将氚化的石蜡沉积到所述集电器上而在三维集电器30内形成。

在一个或多个实施例中，任选的对电极70可以被形成在空穴导体层50与第二电极20之间，使得所述对电极电联接空穴导体层50和第二电极20。可以使用任何适合的技术或技术组合来形成对电极70，例如滴涂(假如为液体)、原子层沉积(ALD)等。在一个或多个实施例中，其中核辐射发射材料60被形成为使得对电极70在材料60与电荷载体分离器40之间，可以使用任何适合的技术或技术组合将所述材料形成在例如所述对电极上。例如，在一个或多个实施例中，核辐射发射材料60可以通过将氚化的石蜡沉积到对电极70上而在所述对电极上形成。

可以按任何适合的顺序来形成所述电力转换器的这些不同元件。例如，在一个或多个实施例中，可以首先形成对电极70，接着形成空穴导体层50、电荷分离器40、集电器30、以及第一和第二电极12、20。在一个或多个实施例中，可能有利的是将核辐射发射材料60在所述工艺结束时布置在所希望的位置，以帮助防止材料60使所述电力转换器的其他元件劣化。

可以将本文中所描述的电力转换器的这些不同实施例作为电流源用于任何适合的装置或系统。例如，图7是包括电力转换器710和可植入医疗装置714的可植入医疗装置系统700的一个实施例的示意性截面。电力转换器710可以包括本文中所描述的任何适合的电力转换器，例如图1A-B的电力转换器10。可植入医疗装置714可以包括任何适合的医疗装置，例如心电图(ECG)监视器、传感器(例如葡萄糖、压力)，可植入脉冲发生器(IPG)(例如起搏器)、可植入心律转复除颤器(ICD)等。尽管未示出，但是可以使用任何适合的技术或技术组合将电力转换器710电联接至可植入医疗装置714。

在本文中引用的所有参考和出版物明确地通过在本文中引用以其全文结合到本公开中，除非到了它们可能直接与本公开相抵触的程度。讨论了本公开的说明性实施例并且参考了在本公开范围内的可能变体。在不脱离本公开的范围的情况下，本公开的这些和其他变化和修改对于本领域的技术人员来说将是明显的，并且应当理解的是，本公开不限于在本文中列出的这些说明性实施例。因此，本公开仅受以下提供的权利要求书限制。

Claims

1.一种电力转换器，包括：

第一电极和第二电极；

三维集电器，所述三维集电器被布置在所述第一电极与第二电极之间并且被电联接至所述第一电极面向所述第二电极的表面；

电荷载体分离器，所述电荷载体分离器被布置在所述三维集电器的表面的至少一部分上；

空穴导体层，所述空穴导体层被布置在所述电荷载体分离器的至少一部分上并且被电联接至所述第二电极；

核辐射发射材料，所述核辐射发射材料被布置成使得由所述核辐射发射材料发射的至少一种核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上；以及

对电极，所述对电极被布置在所述空穴导体层与所述第二电极之间并且电联接所述空穴导体层和所述第二电极，

其中，所述核辐射发射材料被布置在所述三维集电器、所述电荷载体分离器、和所述空穴导体层中的至少一者中，或者被附连到其上。

2.如权利要求1所述的电力转换器，其中，用导电粘合剂将所述对电极电联接至所述第二电极。

3.如权利要求1-2中任一项所述的电力转换器，其中，所述核辐射发射材料的至少一部分包含氚。

4.如权利要求1-2中任一项所述的电力转换器，其中，所述电荷载体分离器的至少一部分包含量子点。

5.如权利要求1-2中任一项所述的电力转换器，其中，所述三维集电器包含多孔Ti/TiO₂材料。

6.如权利要求1-2中任一项所述的电力转换器，其中，所述空穴导体层包含p型半导体材料，所述p型半导体材料包含CuSCN。

7.如权利要求1-2中任一项所述的电力转换器，其中，所述电荷载体分离器包含第一材料和第二材料。

8.如权利要求7所述的电力转换器，其中，所述第一材料被布置在所述三维集电器的所述表面的所述至少一部分上，并且所述第二材料被布置在所述第一材料的至少一部分上。

9.如权利要求7所述的电力转换器，其中，所述第一材料包含氧化物，并且所述第二材料包含量子点。

10.一种电力转换器，包括：

第一电极和第二电极；

核辐射发射材料，所述核辐射发射材料被布置成邻近所述电荷载体分离器，使得由所述核辐射发射材料发射的至少一种核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上，以及

其中，所述核辐射发射材料的至少一部分被布置在所述对电极内，或者在所述空穴导体层和所述对电极之间，或者在被布置在所述对电极上的基质中。

11.如权利要求10所述的电力转换器，其中，用导电粘合剂将所述对电极电联接至所述第二电极。

12.如权利要求10-11中任一项所述的电力转换器，其中，所述核辐射发射材料的至少一部分包含氚。

13.如权利要求10-11中任一项所述的电力转换器，其中，所述电荷载体分离器的至少一部分包含量子点。

14.如权利要求10-11中任一项所述的电力转换器，其中，所述三维集电器包含多孔Ti/TiO₂材料。

15.如权利要求10-11中任一项所述的电力转换器，其中，所述空穴导体层包含p型半导体材料，所述p型半导体材料包含CuSCN。

16.如权利要求10-11中任一项所述的电力转换器，其中，所述电荷载体分离器包含第一材料和第二材料。

17.如权利要求16所述的电力转换器，其中，所述第一材料被布置在所述三维集电器的所述表面的所述至少一部分上，并且所述第二材料被布置在所述第一材料的至少一部分上。

18.如权利要求16所述的电力转换器，其中，所述第一材料包含氧化物，并且所述第二材料包含量子点。

19.一种可植入医疗装置，包括如权利要求1-18中任一项所述的电力转换器。