CN117438125A - 用于β伏打电池的负极及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种用于β伏打电池的负极和制造该负极的方法。在负极中，包括放射性同位素的量子点被提供给辐射吸收体，以便作为β源引入。
Description
技术领域
本发明涉及用于β伏打电池的负极及其制造方法。
背景技术
β伏打电池是一种通过P-N结半导体表面吸收放射性同位素发射的β射线，并将β射线转化为电能的电池。β射线可以在P-N结半导空间电荷区域中产生电子-空穴对(electron-hole pairs)，由此产生的载流子(carriers)具有β伏打电池的电流-电压特性。
放射性同位素的能谱为数eV至数百keV，其固有最大能量和平均能量取决于核素。随着核素半衰期的增加，使用该核素的β伏电池的寿命增加，但由于核素衰变率的降低，β伏打电池输出功率降低。因此，正确选择放射性同位素以满足要求非常重要。
在β伏打电池中，β粒子(beta particles)的动能效率可根据β伏打电池的结构而变化。作为一个实例，在包括具有平面结构的P-N结半导体的β伏打电池中，β源位于P-N结半导体上，因此，从β源向上和侧向发射的β粒子可能不会被转换成电能，并且β粒子可能消失。作为另一实例，在β源位于P型半导体和N型半导体之间的β伏打电池中，当包括β源的材料的厚度增加时，彼此重新结合的电子和空穴的数量增加，但当这种材料的厚度减少时，材料中包含的β源的量减少。此外，这些实例中的β伏打电池具有小的表面积，因此每单位面积具有低电流。
可以使用不同于包括P-N结半导体的β伏打电池的染料敏化的(dye-sensitized)β伏打电池。然而，在染料敏化的β伏打电池中，辐射吸收体(radiation absorber)和β源之间的距离可能很长，因此能量损失可能很大。
本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能包含不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
以下发明内容简要总结了某些特征。该总结不是一个广泛的概述，也不是为了确定关键或极其重要的要素。
本发明旨在解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种具有低能量损耗的β伏打电池。在一个或多个实施方案中，可将包括放射性同位素的量子点的用于β伏打电池的负极提供给辐射吸收体以作为β源引入。将描述用于制造β伏打电池的负极的方法。
本发明的另一个目的是提供一种具有改善的电化学性能的β伏打电池。
本发明的又另一个目的是提供一种具有高能量吸收的β伏打电池。
用于β伏打电池的负极可包括导电基底(conductive substrate)、包括无机颗粒和吸附在无机颗粒上的染料的辐射吸收层(radiation absorption layer)以及包括量子点的β发射层。β发射层可以位于/设置在辐射吸收层上，并且量子点可以包括被配置为发射β射线的放射性同位素。辐射吸收层可以位于/设置在导电基底上。
导电基底可包括选自以下中的至少一种：氟掺杂锡氧化物(fluorine doped tinoxide，FTO)玻璃、铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)玻璃、铟锌氧化物(indium zincoxide，IZO)玻璃、铝掺杂锌氧化物(aluminum doped zinc oxide，AZO)玻璃和镓掺杂锌氧化物(gallium doped zinc oxide，GZO)玻璃及它们的组合。
无机颗粒可以包括二氧化钛(TiO2)。
无机颗粒可以是用四氯化钛(TiCl4)处理过的。
染料可包括选自以下中的至少一种：N719、N3、N749及它们的组合。
辐射吸收层可以包括第一层和第二层，第一层包含平均粒径为约10nm至约50nm的第一无机颗粒和吸附在第一无机颗粒上的第一染料，第二层包括平均粒径为约100nm至约500nm的第二无机颗粒和吸附在第二无机颗粒上的第二染料。第二层可以位于/设置在所述第一层上。
第一层与第二层的厚度比可以是约1:0.5至约1:2。
量子点可以包括由以下化学式1表示的化合物和季铵离子(quaternary ammoniumions)的聚合物产生的加热产物(heated product)，
化学式1
并且
14C可以表示碳的放射性同位素。
量子点的平均粒径可为约4nm至约20nm。
β伏打电池可包括上述负极、位于负极上并浸渍有电解质(electrolyte)的封装体(encapsulant)以及位于封装体上的正极。
正极可以包括导电基底和包括贵金属的电极层(electrode layer)。电极层可以位于/设置在导电基底上，并且贵金属可以包括铂(Pt)。
用于制造β伏打电池的负极的方法可以包括，通过将包含无机颗粒的糊剂涂覆到导电基底上形成辐射吸收层；通过混合由以下化学式2表示的有机酸和氨溶液制备前体溶液；通过将前体溶液涂覆到辐射吸收层并加热前体溶液，形成包括量子点的β发射层；和通过将获得的产物(acquired result)浸入染料中来将染料吸附到无机颗粒上。
量子点可以包括被配置为发射β射线的放射性同位素，
化学式2
其中14C表示碳的放射性同位素。
该方法可以包括通过将辐射吸收层浸泡在四氯化钛(TiCl4)中并进行热处理来用四氯化钛(TiCl4)处理无机颗粒。
形成辐射吸收层可以包括通过将包含平均粒径为约10nm至约50nm的第一无机颗粒的糊剂涂覆到所述导电基底来制备第一层和通过将包含平均粒径为约100nm至约500nm的第二无机颗粒的糊剂涂覆到所述第一层来制备第二层。
下面描述本发明的其他方面和/或优选的实例。
附图说明
图1示出了β伏打电池的横截面图；
图2示出了负极的横截面图；
图3示出了β伏打电池的操作方法的参考视图；
图4示出了通过高分辨率场发射扫描电子显微镜(High-Resolution FieldEmission Scanning Electron Microscopy，HR-FESEM)观察根据实施例1的辐射吸收层的结果；
图5示出了使用太阳能模拟器(solar simulator)测量根据实施例1和比较例1的β伏打电池的性能的结果；
图6示出了使用测量仪器(measuring instrument)测量根据实施例2和比较例2的β伏打电池的性能的结果。
应当理解，附图不一定是按比例的，呈现了说明本发明的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示(representation)。如本文所公开的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、取向、位置和形状，将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。
在附图中，附图标记在附图的几个附图中指代本发明的相同或等同部分。
具体实施方式
通过参考附图的描述，本发明的上述目的、其他目的、优点和特征将变得明显。然而，本发明不限于本文明确公开的实例，并且可以以各种不同的形式实现。提供这些实例是为了使本发明的描述透彻，并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
在下面的描述中，即使在不同的附图中描绘，相同的要素(element)也用相同的附图标记表示。在附图中，为了描述清楚，与结构的实际尺寸相比，结构的尺寸可以被夸大。在实施方案的以下描述中，如“第一(first)”和“第二(second)”的术语可以用于描述各种要素，而不限制这些要素。这些术语可以仅用于将一个要素与其他要素区分开来。例如，可以将第一要素命名为第二要素，并且类似地，可以将第二要素命名为第一要素。单数表达可以包含复数表达，除非它们具有明显不同的上下文含义。
在以下描述中，术语，如“包括(including)”、“包含(comprising)”和“具有(having)”，应解释为表示存在描述中所述的特征、数字、步骤、操作、元件或部件或它们的组合，但不排除存在一个或多个其他特征、数字或步骤、操作、元件或部件，或者它们的组合，以及添加它们的可能性。此外，可以理解，当部件(例如层、膜、区域或板)被称为在另一个部件“上(on)”时，该部件可以位于另一部件的“正上方(directly on)”，或者其他部件可以置于两个部件之间。以同样的方式，可以理解，当一个部件(例如层、膜、区域或板)被称为在另一部件之“下(under)”时，该部件可以位于另一部件的“正下方(directly under)”，或者其他部件可以介于两个部件之间。
描述中使用的表示组分、反应条件、聚合物组合物和共混物的量的所有数字、值和/或表达式都是近似值，其中反映了当从本质上不同的事物获取这些值时所产生的测量中的各种不确定性，因此可以理解，除非另有说明，它们被术语“约(about)”修饰。此外，应当理解，如果在说明书中公开了数值范围，除非另有说明，否则该范围包括从该范围的最小值到最大值的所有连续值。此外，如果这样的范围是指整数，除非另有说明，否则该范围包括从最小整数到最大整数的所有整数。
图1示出了β伏打电池的横截面图。参照该图，β伏打电池可包括负极10、位于负极10上并浸渍有电解质的封装体20和位于封装体20上的正极30。
图2示出了负极10(例如图1的负极10)的横截面图。参照该图，负极10可以包括导电基底11、位于导电基底11上的辐射吸收层12和位于辐射吸收层12上的β发射层13。
导电基底11可包括选自以下中的至少一种：氟掺杂锡氧化物(FTO)玻璃、铟锡氧化物(ITO)玻璃、铟锌氧化物(IZO)玻璃、铝掺杂锌氧化物(AZO)玻璃、镓掺杂锌氧化物(GZO)玻璃和/或它们的组合。
导电基底11可以是用四氯化钛(TiCl4)处理过的。由此，具有孔隙率(porosity)的辐射吸收层12可以获得与导电基底11的足够的表面位置。同时，可以防止通过辐射吸收层12转移到导电基底11的电子与电解质中的碘离子(I3 -)的重新结合，从而可以抑制光电流损失和效率降低。
辐射吸收层12可以包括无机颗粒。无机颗粒可以包括二氧化钛(TiO2)。
无机颗粒可以是用四氯化钛(TiCl4)处理过的。由此，可以增加无机颗粒之间的结合力(bonding force)，从而可以增加吸附到无机颗粒上的染料的量。
染料可以包括钌(Ru)基染料。例如，染料可包括选自以下中的至少一种：N719、N3、N749和/或它们的组合。
N719可以是由以下化学式3表示的化合物。
化学式3
此处，TBA可以是四丁基铵(tetrabutyl ammonium)。
N3可以是由以下化学式4表示的化合物。
化学式4
N749可以是由以下化学式5表示的化合物。
化学式5
此处，TBA可以是四丁基铵。
辐射吸收层12可以具有包括第一层121和第二层122的多层结构，例如，如图2所示。第一层121可以包括具有小的平均粒径的第一无机颗粒和吸附在第一无机颗粒上的第一染料，并且第二层122可以包括具有大的平均粒径的第二无机颗粒和吸附在第二无机颗粒上的第二染料。如果辐射吸收层12形成为具有包括具有不同平均粒径的无机颗粒的多层结构，则可以增加能量吸收。
第一无机颗粒的平均粒径可以为10nm至50nm，并且第二无机颗粒的平均粒径可以为100nm至500nm。
第一染料和第二染料可以分别是钌基染料，并且第一染料和第二染料可以不同或相同。
第一层121与第二层122的厚度比可以是1:0.5至1:2。如果厚度比在上述范围内，则可以增加能量吸收。
辐射吸收层12可以具有2μm至25μm的厚度。如果辐射吸收层12的厚度在该范围内，则辐射吸收层12可以有效地将从量子点发射的电子(β粒子)传输到导电基底11。
图3示出了β伏打电池的操作方法的参考视图。参照该图，从β发射层的量子点发射的电子(β粒子)通过辐射吸收层传输到负极的导电基底。电子(β粒子)通过外部导体迁移到正极，通过电化学反应穿过电极层(Pt)和电解质(I-)，并被传输到辐射吸收层的染料。电能可以通过上述电子(β粒子)的迁移产生。
β发射层13(例如，图1和图2中所示的β发射层13)可以包括量子点，并且量子点可以包括发射β射线的放射性同位素。量子点可以通过烧制或碳化由以下化学式1表示的化合物和季铵离子的聚合物而获得。
化学式1
此处，14C表示碳的放射性同位素。
季铵离子可以包括选自以下中的至少一种：NH4+、NRH3+、NR2H2+、NR3H+和/或它们的组合。此处，R可以是具有1至3个碳原子的取代或未取代的烷基。
量子点可以通过下面的反应式1获得。然而，反应式1是用于帮助理解本发明的实施例，因此，本发明的方面不限于此。
反应式1
量子点的平均粒径可以是4nm至20nm。如果平均粒径小于4nm，则量子点的尺寸可能不均匀，并且量子点的寿命可能由于热等原因而短。另一方面，如果平均粒径超过20nm，则在给定面积内的量子点的数量少，因此，β射线的发射量可能减少。
β发射层13的厚度可根据β伏打电池的用途适当调整。
封装体20可以例如，在负极10和正极30之间提供可以用电解质浸渍的空间。
电解质可以包括碘基化合物(iodine-based compound)。
正极30可以包括导电基底31和位于导电基底31上的电极层32。
导电基底31可包括选自以下中的至少一种：氟掺杂锡氧化物(FTO)玻璃、铟锡氧化物(ITO)玻璃、铟锌氧化物(IZO)玻璃、铝掺杂锌氧化物(AZO)玻璃、镓掺杂锌氧化物(GZO)玻璃和/或它们的组合。
电极层32可以包括贵金属。贵金属可以包括铂(Pt)。
根据本发明的用于制造用于β伏打电池的负极10的方法，可以包括通过将包括无机颗粒的糊剂涂覆到导电基底11上来形成辐射吸收层12、通过混合有机酸和氨溶液来制备前体溶液、通过将前体溶液涂覆到辐射吸收层12上并加热前体溶液来形成包括量子点的β发射层13，以及通过将获得的产物浸入染料中来将染料吸附到无机颗粒上。
如上所述，导电基底11可以是用四氯化钛(TiCl4)处理过的。导电基底11的四氯化钛(TiCl4)处理不限于特定方法，例如，导电基底11可以浸泡在四氯化钛(TiCl4)中，然后进行热处理。
辐射吸收层12可以通过将包括平均粒径为10nm至50nm的第一无机颗粒的糊剂涂覆到导电基底11来制备第一层121，以及通过将包括平均粒径为100nm至500nm的第二无机颗粒的糊剂涂覆到第一层121来制备第二层122形成。
为了用四氯化钛(TiCl4)处理无机颗粒，可以将辐射吸收层12浸泡在四氯化钛(TiCl4)中并可以进行热处理。
前体溶液可以通过将氨溶液投入(inputting)到包括由化学式2表示的有机酸和乙醇水溶液的混合溶液中来制备。
化学式2
此处，14C表示碳的放射性同位素。
乙醇水溶液可以是浓度为85.0体积％至99.9体积％的乙醇水溶液。
基于100体积份的混合溶液，可以投入5体积份至20体积份的氨溶液。如果氨溶液的投入量小于5体积份，则有机酸和氨之间可能发生缩合反应。如果氨溶液的输入量超过20体积份，过量的水分被去除，因此量子点的表面可能被损坏。
β发射层13可以通过将前体溶液涂覆到辐射吸收层12并加热前体溶液来形成。
前体溶液的应用不限于特定的方法，并且前体溶液可以通过棒涂(barcoating)、喷涂(spray coating)、滴涂(drop coating)等涂覆到辐射吸收层12。例如，前体溶液可在被干燥的同时滴加涂覆到辐射吸收层12中。
前体溶液的加热可在140℃至300℃的温度下进行2小时至8小时。如果加热温度低于140℃，碳核(carbon nuclei)可能无法正常形成。如果加热温度超过300℃，量子点的尺寸可能会迅速增加。此外，如果加热时间小于2小时，则反应所需的能量的量很小，因此量子点的尺寸可能会过度减小。如果加热时间超过8小时，量子点的尺寸可能由于能量过剩而变得不均匀。
通过将包括导电基底11、辐射吸收层12和β发射层13的堆叠体(stack)浸入染料中，可以将染料吸附到无机颗粒上。用于β伏打电池的负极可以通过用乙醇等清洁堆叠体并干燥堆叠体来获得，例如，在完成将堆叠体浸入染料中之后。
在下文中，将更详细地描述各种实施例。以下实施例是示例性的，其以下描述不旨在限制本发明的范围。
基于四氯化钛(TiCl4)处理的性能评价
实施例1
负极的制造
将FTO玻璃放入作为清洁溶液的1％的水溶液中，并超声处理30分钟。将清洁过的FTO玻璃和7.5ml 40mM TiCl4溶液放入培养皿中(petri dish)。将培养皿放置在温度约70℃的热板(hot plate)上约30分钟。此后，将热板以约5℃/分钟的速率加热至约500℃，然后再加热约30分钟。
在用四氯化钛(TiCl4)处理过的FTO玻璃的中心使用胶带形成尺寸为1.0cm宽×0.4cm长的矩形图案。将包含平均粒径为约20nm的TiO2的糊剂涂覆到其上形成有图案的FTO玻璃上。通过以约5℃/分钟的速率将所获得的产物加热至约500℃的温度，然后将产物再加热约30分钟，形成第一层。
将包括平均粒径为约300nm的TiO2的糊剂涂覆到第一层。通过以约5℃/分钟的速率将所获得的产物加热至约500℃的温度，然后将产物再加热约30分钟，形成第二层。
形成第二层后，将FTO玻璃和7.5ml 40mM TiCl4溶液放入培养皿中。将培养皿放置在温度约70℃的热板上约30分钟。此后，将热板以约5℃/分钟的速率加热至约500℃，然后再加热约30分钟。
在未形成β发射层的状态下，将FTO玻璃在室温下浸入0.5mMN719(其为钌(Ru)基染料)中约24小时，使得染料吸附到无机颗粒上。此后，用无水乙醇(99.5％)洗去染料，并用气枪(air gun)干燥。
正极的制造
使用钻头在FTO玻璃中形成两个电解液入口。将FTO玻璃放入无水乙醇中，并通过超声处理30分钟进行清洁。
通过混合0.05179g H2PtCl4和10ml异丙醇制备铂溶液。
在FTO玻璃上使用胶带形成尺寸为1.0cm宽×1.5cm长的矩形图案。通过将10μl铂溶液滴在其上三次形成电极层。以约10℃/分钟的速率将所得产物加热至约400℃，然后再加热约15分钟。
β伏打电池的制造
通过在负极和正极之间插入切割成尺寸为1.0cm宽×1.6cm长的片材，然后在约120℃的温度下进行热处理，获得堆叠体。将I-/I3 -
电解液注入电解液入口。
比较例1
负极的制造
将FTO玻璃放入作为清洁溶液的1％的水溶液中，并超声处理30分钟。
在清洁过的FTO玻璃的中心使用胶带形成尺寸为1.0cm宽×0.4cm长的矩形图案。将包含平均粒径为约20nm的TiO2的糊剂涂覆到其上形成有图案的FTO玻璃上。通过以约5℃/分钟的速率将所获得的产物加热至约500℃的温度，然后将产物再加热约30分钟，形成第一层。
将包括平均粒径为约300nm的TiO2的糊剂涂覆到第一层。通过以约5℃/分钟的速率将所获得的产物加热至约500℃的温度，然后将产物再加热约30分钟，形成第二层。
在未形成β发射层的状态下，将FTO玻璃在室温下浸入0.5mMN719(其为钌(Ru)基染料)中约24小时，使得染料吸附到无机颗粒上。此后，用无水乙醇(99.5％)洗去染料，并用气枪干燥。
正极的制造
使用钻头在FTO玻璃中形成两个电解液入口。将FTO玻璃放入无水乙醇中，并通过超声处理30分钟进行清洁。
通过混合0.05179g H2PtCl4和10ml异丙醇制备铂溶液。
在FTO玻璃上使用胶带形成尺寸为1.0cm宽×1.5cm长的矩形图案。通过将10μl铂溶液滴在其上三次形成电极层。以约10℃/分钟的速率将所得产物加热至约400℃，然后再加热约15分钟。
β伏打电池的制造
通过在负极和正极之间插入切割成尺寸为1.0cm宽×1.6cm长的片材，然后在约120℃的温度下进行热处理，获得堆叠体。将I-/I3 -
电解液注入电解液入口。
通过用四氯化钛(TiCl4)处理负极的导电基底和辐射吸收层获得根据实施例1的β伏打电池，并且在不进行四氯化钛(TiCl4)处理的情况下获得根据比较例1的β伏打电池。图4示出了通过高分辨率场发射扫描电子显微镜(HR-FESEM)观察根据实施例1的辐射吸收层的结果的图像。第一层和第二层的厚度分别为7.61μm和9.19μm。
使用太阳能模拟器(solar simulator)测量根据实施例1和比较例1的β伏打电池的性能。太阳能模拟器通过将电线直接连接到β伏打电池，以1个太阳输出强度(Sun outputintensity)测量β伏打电池的电压和电流。测量结果示出在图5中。参照该图，可以确认根据实施例1的β伏打电池由于短路电流Jsc的增加而具有更高的效率。
此外，测量了根据实施例1和比较例1的β伏打电池的电特性，并列于下表1中。参照该表，可以确认根据实施例1的β伏打电池的电池效率比根据比较例1的β伏打电池的电池效率高得多。
表1
基于量子点引入的性能评价
实施例2
负极的制造
将FTO玻璃放入作为清洁溶液的1％的水溶液中，并超声处理30分钟。将清洁过的FTO玻璃和7.5ml 40mM TiCl4溶液放入培养皿中。将培养皿放置在温度约70℃的热板上约30分钟。此后，将热板以约5℃/分钟的速率加热至约500℃，然后再加热约30分钟。
使用胶带在用四氯化钛(TiCl4)处理过的FTO玻璃的中心形成尺寸为1.0cm宽×0.4cm长的矩形图案。将包含平均粒径约为20nm的TiO2的糊剂涂覆到其上形成有图案的FTO玻璃上。通过以约5℃/分钟的速率将所获得的产物加热至约500℃的温度，然后将产物再加热约30分钟，形成第一层。
将包括平均粒径为约300nm的TiO2的糊剂涂覆到第一层。通过以约5℃/分钟的速率将所获得的产物加热至约500℃的温度，然后将产物再加热约30分钟，形成第二层。
形成第二层后，将FTO玻璃和7.5ml 40mM TiCl4溶液放入培养皿中。将培养皿放置在温度约70℃的热板上约30分钟。此后，将热板以约5℃/分钟的速率加热至约500℃，然后再加热约30分钟。
通过将1ml氨溶液(包括0.1ml氢氧化铵(ammonium hydroxide)和9.9ml蒸馏水)投入到10ml有机酸和溶剂的混合溶液中制备前体溶液，所述有机酸由以下化学式2表示，包括作为碳的放射性同位素的14C，，所述溶剂包括比例为1:9的乙醇和蒸馏水。
化学式2
通过将总共50μl的前体溶液滴加涂覆到第二层，同时在约80℃的温度下干燥，形成β发射层。此后，将所得产物以约10℃/分钟的速率加热至约200℃的温度，然后再加热约3小时。
将产物在室温下浸入0.5mM N719(其为钌(Ru)基染料)中约24小时，使得染料吸附到无机颗粒上。此后，用无水乙醇(99.5％)洗去染料，并用气枪干燥。
正极的制造
使用钻头在FTO玻璃中形成两个电解液入口。将FTO玻璃放入无水乙醇中，并通过超声处理30分钟进行清洁。
通过混合0.05179g H2PtCl4和10ml异丙醇制备铂溶液。
在FTO玻璃上使用胶带形成尺寸为1.0cm宽×1.5cm长的矩形图案。通过将10μl铂溶液滴在其上三次形成电极层。以约10℃/分钟的速率将所得产物加热至约400℃，然后再加热约15分钟。
β伏打电池的制造
通过在负极和正极之间插入切割成尺寸为1.0cm宽×1.6cm长的片材，然后在约120℃的温度下进行热处理，获得堆叠体。将I-/I3 -
电解液注入电解液入口。
比较例2
除了使用不含任何放射性同位素的化合物作为有机酸之外，以与实施例2中相同的方式制造β伏打电池。
使用测量仪器测量根据实施例2和比较例2的β伏打电池的性能。测量结果示出于图6中。此外，测量了根据实施例2和比较例2的β伏打电池的电特性，并列于下表2中。
表2
参照该表，可以确认根据实施例2的β伏打电池显示出3.220％的效率，并且根据比较例2的β伏打电池显示出0.003％的效率。
从以上描述中明显的是，本发明可以提供具有低能量损耗的β伏打电池。
此外，本发明可以提供具有改善的电化学性能的β伏打电池。
此外，本发明可以提供具有高能量吸收的β伏打电池。
已经详细描述了各种实例。然而，本领域技术人员将理解，在不背离本发明的原理和精神的情况下，可以对本文描述的实例进行改变，本发明的范围在所附权利要求及其等同物中定义。
Claims (20)
1.一种负极，其包括：
导电基底；
辐射吸收层，所述辐射吸收层包括至少一种无机颗粒和吸附在所述至少一种无机颗粒上的染料，其中所述辐射吸收层设置在所述导电基底上；和
包括量子点的β发射层，其中所述β发射层设置在所述辐射吸收层上，并且
其中所述量子点包括被配置为发射β射线的放射性同位素。
2.根据权利要求1所述的负极，其中所述导电基底包括以下中的至少一种：氟掺杂锡氧化物(FTO)玻璃、铟锡氧化物(ITO)玻璃、铟锌氧化物(IZO)玻璃、铝掺杂锌氧化物(AZO)玻璃和镓掺杂锌氧化物(GZO)玻璃或它们的任意组合。
3.根据权利要求1所述的负极，其中所述至少一种无机颗粒包括二氧化钛(TiO2)。
4.根据权利要求1所述的负极，其中所述至少一种无机颗粒用四氯化钛(TiCl4)处理过。
5.根据权利要求1所述的负极，其中所述染料包括以下中的至少一种：N719、N3、N749或它们的任意组合。
6.根据权利要求1所述的负极，其中所述辐射吸收层包括：
第一层，所述第一层包含平均粒径为约10nm至约50nm的第一无机颗粒和吸附在所述第一无机颗粒上的第一染料；以及
第二层，所述第二层包括平均粒径为约100nm至约500nm的第二无机颗粒和吸附在所述第二无机颗粒上的第二染料，其中所述第二层设置在所述第一层上。
7.根据权利要求6所述的负极，其中所述第一层与所述第二层的厚度比为约1:0.5至约1:2。
8.根据权利要求1所述的负极，其中所述量子点包括由以下化学式1表示的化合物和季铵离子的聚合物产生的加热产物，
化学式1
其中14C表示碳的放射性同位素。
9.根据权利要求1所述的负极，其中所述量子点的平均粒径为约4nm至约20nm。
10.一种β伏打电池，其包括：
负极，所述负极包括：
导电基底；
辐射吸收层，所述辐射吸收层包括至少一种无机颗粒和吸附在所述至少一种无机颗粒上的染料，其中所述辐射吸收层设置在所述导电基底上；和
包括量子点的β发射层，其中所述β发射层设置在所述辐射吸收层上，并且其中所述量子点包括被配置为发射β射线的放射性同位素；
设置在所述负极上并浸渍有电解质的封装体；和
正极，设置在所述封装体上。
11.根据权利要求10所述的β伏打电池，其中所述正极包括：
导电基底；和
包括贵金属的电极层，其中所述电极层设置在所述导电基底上，并且
其中所述贵金属包括铂(Pt)。
12.一种用于制造β伏打电池的负极的方法，所述方法包括：
通过将包含至少一种无机颗粒的至少一种糊剂涂覆到导电基底上形成辐射吸收层；
通过混合由以下化学式2表示的有机酸和氨溶液制备前体溶液；
通过将所述前体溶液涂覆到所述辐射吸收层并加热所述前体溶液，形成包括量子点的β发射层；和
通过将所述辐射吸收层浸入染料中，将所述染料吸附到所述至少一种无机颗粒上，
其中所述量子点包括被配置为发射β射线的放射性同位素，
化学式2
其中14C表示碳的放射性同位素。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述导电基底包括以下中的至少一种：氟掺杂锡氧化物(FTO)玻璃、铟锡氧化物(ITO)玻璃、铟锌氧化物(IZO)玻璃、铝掺杂锌氧化物(AZO)玻璃和镓掺杂锌氧化物(GZO)玻璃或它们的任意组合；并且
所述导电基底用四氯化钛(TiCl4)处理过。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述至少一种无机颗粒包括二氧化钛(TiO2)。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括通过将所述辐射吸收层浸泡在四氯化钛(TiCl4)中并进行热处理来用四氯化钛(TiCl4)处理所述至少一种无机颗粒。
16.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述辐射吸收层包括：
通过将包含平均粒径为约10nm至约50nm的第一无机颗粒的糊剂涂覆到所述导电基底来制备第一层；和
通过将包含平均粒径为约100nm至约500nm的第二无机颗粒的糊剂涂覆到所述第一层来制备第二层。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一层与所述第二层的厚度比为约1:0.5至约1:2。
18.根据权利要求12所述的方法，其中所述量子点包含由以下化学式1表示的化合物和季铵离子的聚合物产生的加热产物，
化学式1
其中14C表示碳的放射性同位素。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述量子点的平均粒径为约4nm至约20nm。
20.根据权利要求12所述的方法，其中所述染料包括以下中的至少一种：N719、N3、N749或它们的任意组合。
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