贝塔辐射伏特核电池利用放射性同位素释放的贝塔粒子转化为电能，具备长寿命、高能量密度、微小尺寸和优异的抗干扰能力等特点，被普遍认为是微机电系统（MEMS）中极具潜力的能源替代选项之一。然而，传统的平面电池受到半导体结构和放射源加载的限制，半导体转换器仅能利用放射源单面释放的衰变能，导致输出功率和转换效率低，输出功率限制在nW水平，无法满足MEMS系统的功率需求

　　为解决上述问题，研究人员提出了一种创新的三维（3D）电池设计，基于63Ni-SiC材料构建了一种P+PNN+多沟槽结构。这一结构的优势在于，无需在半导体器件的沟槽内表面外延PN结，以降低漏电流和功率损失。研究人员通过蒙特卡洛模拟方法，充分考虑完全耦合的物理模型，成功将电子-空穴对产生率（G(x)）扩展到了3D结构中，使得高效设计和开发具有复杂3D结构的贝塔辐射伏特电池成为可能。

　　研究结果显示，相较于传统的PG电子平面电池，新提出的3D电池在最大输出功率密度方面表现出优越性能，达到了20 W/cm2水平，相应的短路电流、开路电压和转换效率分别为8.5 A/cm2、2.5 V和4.6%。此外，研究还对载流子的输运和收集特性进行了深入分析，阐明了贝塔辐射伏特电池的功率提升机制，揭示了理想性能与仿真性能之间的差异。本研究为设计和优化高输出性能的辐射伏特核电池提供了新思路。

　　核能安全所博士研究生何厚军为论文第一作者，郑明杰研究员和王晓彧博士后为论文的共同通讯作者。该研究PG电子工作得到了国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、合肥市自然科学基金、科学岛研究生创新创业基金的支持。

　　图1.（a）P+PNN+三维沟槽结构示意图及能量沉积分布，（b）三维沟槽结构G(x)模型

　　图2.（a）A,Q,Pm,JSCandAQ与H_P的相关性，(b)理想二极管的输出性能与实际二极管仿真结果的对比，（c）电场及电子-空穴对复合率的空间分布