[发明专利]电场充电的半导体电池

说明书

所属技术领域：

本发明涉及一种半导体充电电池，特别是电场充电的半导体电池。

背景技术：

目前，人们常用充电电池主要分为以下几类：镍镉电池(Ni-Cd)；镍氢电池(Ni-MH)，；锂离子电池(Li-lon)；锂聚合物电池(Li-polymer)；铅酸电池(Sealed)，上述充电电池存在的主要问题是：或者容量小，或者维护不方便，或者寿命短，或者体积大，或者重量大。

发明内容：

本发明目的是提供一种电场充电的半导体电池，容量大，体积小，寿命长，免维护，解决背景技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

电场充电的半导体电池包含掺杂质的N型半导体材料和掺杂质的P型半导体材料，将掺杂质的N型半导体材料和掺杂质的P型半导体材料结合到一起，中间形成阻挡层，也就是PN节，N型半导体材料区域为正极，P型半导体材料区域为负极，为电池的两极，构成电场充电的半导体电池。将电场充电的半导体电池放入正、负极板所形成的电场中，N型半导体材料靠近负极板，P型半导体材料靠近正极板，进行充电，就是电场充电的半导体材料充电电池，正、负极板就是直流电源充电的两极。

也就是说：本发明可以制成仅包含半导体材料的电场充电的半导体电池，并配备专用充电器，该充电器就是正负极板所形成的电场，也可以配备公知的交流电、直流电变换装置，为电场提供充电电源；本发明也可以制成包含正负极板所形成的电场的电场充电的半导体电池，不需要另外配备正负极板所形成电场的充电器，但可以配备公知的交流电、直流电变换装置，为电场提供充电电源。

所说的掺杂质是向纯净的半导体材料中掺入杂质，是公知公用的技术，本发明掺杂质的N型半导体材料和掺杂质的P型半导体材料所掺的杂质的比例为20—50％(体积比)，也就是掺杂质半导体材料的总体积中：纯净半导体材料为80—50％，杂质为20—50％。

掺杂质的N型半导体材料中，存在大量自由电子，而且掺杂质越多，自由电子也越多，当掺杂质量接近50％时，相当于一个原子就有一个自由电子，掺杂质的P型半导体材料也相同，存在大量的空穴。可以计算，1立方米体积的N或P型半导体材料，参杂质量接近50％，一个原子带有1个自由电子或空穴原子直径10^-8厘米，一个原子的体积等于5.236×10^-25立方厘米，那么1立方厘米半导体材料中将有1.9×10²⁴个电子或空穴，6.2412×10¹⁸个电子为1库仑的电量，它将可以有300000库仑的电量，1库仑/秒等于1安培，若10小时放电，那么它的放电电流为8.3安培，也就是83安时的电池。将N型半导体材料中的自由电子移到P型半导体材料的空穴中，N型半导体材料就带有正电荷，P型半导体材料就带有负电荷，这样，就形成了有正负极板的、由半导体材料形成的电池。

通过电场，可以将N型半导体材料中的自由电子移到P型半导体材料的空穴中，在电场内，负电荷会受电场力的作用，沿着电场的反方向移动，也就是有负极板向正极板移动。处于电场中的半导体电池，受电场力的作用，N型半导体材料中的自由电子将越过阻挡层到达P区，而自由电子一般会移入P区的空穴中；随着自由电子从N区向P区移动，N区将带正电荷，P区将带负电荷，而且所带电荷越来越多，N区和P区形成的附加电场越来越强，当充电用的外电场和附加电场相等时，即形成的合场强等于零，自由电子不再向P区移动，此时充电结束。

理论上说：放在电场中的导体，会发生静电感应，导体的两端出现正负电荷，且静电荷只分布在导体表面。但在在半导体材料电池的电场中，N区因为原子的自由电子移出而使原子带正电荷，不会只聚集在N型半导体材料的表面，而是随着每个原子均匀地存在N区内部；在P区，由于空穴的作用，所以移入的自由电子加入各个原子的空穴中，从而使原子带负电荷，负电荷均匀存在P区内部，而不是仅仅聚集在P型半导体材料的表面。

由于阻挡层，也就是PN节的单向导电作用，当充电结束后，撤去外部电场，自由电子并不会反向越过PN节而返回N区，从而相当于在PN节两区储存了电能，相当于N区加了正电压、P区加了负电压，即PN节加了反向电压，半导体材料电池充电后，PN节两区即存在大量电量，又有了一定的电势差，所以，在PN节两侧的N区和P区各引出一个电极，将会带动用电器而放电做功，N区为正极，P区为负极。