Nükleer bataryaların verimliliğini etkileyen faktörlerin araştırılması

Bu tez çalışmasında bir radyoaktif izotoptan yayılan beta parçacıklarının kinetik enerjisinin elektriğe dönüşümü doğrudan ve dolaylı dönüşüm yöntemleri kullanılarak araştırılmıştır. Deneysel bölümde, Pm147 ve Sr90 beta kaynaklarından gelen düşük aktiviteli radyasyonun, iki farklı fosfor ve grafenin Si fotovoltaik hücre üzerindeki etkilerinin analizi yapılmıştır. Farklı kütle kalınlıklarına sahip fosfor tabakaları ZnS:CuCl ve SrAl2O4: Eu2+,Dy3+ fosfor tozlarından hazırlanmıştır. Doğrudan ve dolaylı nükleer pil modellerinin elektriksel performansları kısa devre akımı ve açık devre gerilimi ölçülerek analiz edilmiştir. Ayrıca, beta radyasyonu sırasında kısa devre akımının zamana bağlı değişimi incelenmiştir. En verimli batarya modeli Pm147/SrAl2O4:Eu2+,Dy3+/PV hücresi olarak belirlenmiştir. Teorik kısımda, betavoltaik pil tasarımları, p-n homoeklem ve p-n heteroeklem yarıiletkenler ve Ni63, Pm147 beta kaynakları kullanılarak ve verimliliği etkileyen parametreler göz önüne alınarak modellenmiştir. Si, GaP, GaN, GaP-Si ve GaN-Si betavoltaik bataryalarda elektriksel performansın teorik bir incelemesi yapılmıştır. Ek olarak, doping konsantrasyonunun ve eklem derinliğinin maksimum güç üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Heteroeklem fotovoltaik hücreler, hesaplamalarımıza göre betavoltaik pilde toplama verimliliğini ve gücü artıracağı için tercih edilmiştir. Doping konsantrasyonu ve eklem derinliği optimize edilerek, yüksek verimli heteroeklem betavoltaik piller elde edilmiştir.