[发明专利]半导体热电发生器

说明书

本发明涉及热电发生器，更具体地，涉及对梯度带隙结构的热电特性，即具有交替掺杂剂的梯度带隙半导体的特性和其间的异质结的特性，以及本征半导体材料的特性起作用的热电发生器，并且尤其可以用于为家用电器供电和为便携式电子设备的电源元件充电。本发明的半导体热电发生器包括半导体组件，所述半导体组件被配置为能够从周围环境提取热，所述半导体组件包含至少一对互连的梯度带隙半导体，其中至少一个梯度带隙半导体的宽带隙侧连接到至少一个其它梯度带隙半导体的窄带隙侧。所述梯度带隙半导体之间的结使用本征半导体材料配置，所述梯度带隙半导体使用交替掺杂剂配置，其中成对连接的梯度带隙半导体的宽带隙侧掺杂受主杂质。本发明的技术成果在于提高了热电发生器的效率、功率和输出，扩展了热电发生器的功能性。

技术领域

本发明涉及热电发生器，更具体地，涉及对梯度带隙结构的热电特性(即具有交替掺杂剂的梯度带隙半导体的特性和其间的异质结的特性)以及本征半导体材料特性起作用的热电发生器，并且尤其可以用于为家用电器供电和为便携式电子设备的电源元件充电。

背景技术

现有技术公开了热元件(专利RU 2248647 C2，IPC H01L 35/08，公布于2005年3月20日，第8号公告)，其配置有一个或多个非本征半导体的至少一个n层和至少一个p层，而n层(多个n层)和p层(多个p层)的排列使得它们形成至少一个р-n结，其中，至少一个n层和至少一个n层选择性地电接触，并且在平行于至少一个n层和p层之间的边界层施加或移除温度梯度，其中，至少一个р-n结实际上是沿着n层(多个n层)和p层(多个p层)的主要的公共最长延伸形成的，因此实际上是沿着它们的公共边界层形成的。

已知解决方案的缺点是效率、功率、输出较差，不可靠性，功能性降低，这是由其设计引起的，特别是由于通过使半导体均匀掺杂并且没有带隙宽度梯度，以及半导体通过主要包括导体的边界层选择性接触引起的。

已知的解决方案效率、功率和输出较差，因为使用无带隙梯度的均匀掺杂半导体无法获得足够功率的电流来为大多数家用电器供电，来为便携式电子设备的电池进行快速充电，由于半导体准费米能级的微小差异和产生的电子空穴对的数量有限。尽管已知的解决方案在半导体之间具有р-n结，但是因为在用于半导体接触的已知解决方案的实施例中使用的诸如金之类的导体没有带隙，在边界层中使用导体材料减少了产生的电流量。所产生电流的功率不足反过来又限制了已知解决方案的功能，因为它限制了该解决方案能够通电或充电的设备范围。

在已知解决方案的一个实施例中，半导体掺杂一种类型的杂质的梯度不允许显著提高效率，增加在热电过程中产生电流的电子和空穴的数量，并且相应地，整体上增加热元件功率，因为发生在半导体中的扩散和漂移电流需要主要和辅助电荷载流子的运动。

现有技术还公开了一种用于车辆的能量发生器(专利US 2017211450А1，IPCF01N 5/02，H01L 35/22，H01L 35/30，H01L 35/32，公布于2017年7月27日)，其包括热电转换器，该热电转换器包括n型半导体、р型半导体、介于它们之间的本征半导体，其中，本征半导体的带隙宽度小于n型半导体和P型半导体的带隙宽度，并且还包括用于流体热载体通过的通道，该流体热载体通道被配置为向热电转换器提供热量，并且该热电转换器相对于热载体通道安装，使得本征半导体表面垂直于热载体流。

已知解决方案的缺点是效率、功率、输出较差和功能性降低，这是由其热电转换器的设计引起的，即通过制造没有带隙宽度梯度的半导体。

已知的解决方案效率、功率和输出较差，因为使用无带隙宽度梯度的均匀掺杂半导体无法获得足够功率的电流来为大多数家用电器供电，来对便携式电子设备的电池进行快速充电，由于半导体准费米能级的微小差异和产生的电子-空穴对数量有限。尽管存在位于n型半导体和n型半导体之间并且是附加电子源的本征半导体，但由于p-n结的存在，由已知解决方案产生的电流量是有限的，因为已知的解决方案仅可用于对有限范围的设备充电或供电。