一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，包括电臂，在转换电流方向，电臂全部或部分为故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂电臂段的全部或至少一部分为吸热部位，与热源进行热连接，吸入热功率进行热电转换；电臂的至少一部分作为放热部位。本发明专利技术可以提高热电转换效率，且可在无温差，甚至负温差条件下工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热能转换为电能
，尤其是指一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置。
技术介绍
利用赛贝克效应、帕尔帖效应或者汤姆逊效应可以实现温差发电和热量搬移，温差发电利用环境温度的热能量转换为电能，为一种理想清洁新能源。现有技术中，制约温差发电在于转换效率低下，普遍在10％以下，严重限制该技术的普及推广。转换效率低的主要原因不是温差发电装置的吸收能力不够，而是放热部位所形成的反向抵抗电压过高，使得温差发电装置的输出电压偏低。所述温差发电装置必须依赖高、低温度差，没有温差不可能实现热电转换，反过来，在没有外部能量输入时，也无法在无温差环境下实现热量搬移，限制了对环境温度能量利用的便利性。如图1所示，现有技术温差发电装置结构示意图，该传温差发电装置至少具备高温吸热节点、低温放热节点、以及两段电臂四个组成部分，其中两段电臂均质半导体属性，如图2所示。所述均质温差发电系统可以分解为三个具备热电势落差的部位，分别是高温吸热节点的热电势落差+ΔEa，低温放热节点的热电势落差-ΔEb，以及放热电臂的热电势落差-ΔEc，总的温差电压是这三者的矢量和，即U＝ΔEa-(ΔEb+ΔEc)。高、低温两个节点通过赛贝克效应和汤姆逊效应叠加产生热电势落差，而电臂因为是均质的，半导体属性处处相等，在电臂长度方向完全依靠温度差异来实现热电势落差，纯粹通过汤姆逊效应形成，量级较小。并且低温节点和电臂热电势落差都是与温差电压反向的抵抗电压，是促成放热损耗，减弱输出电压和电功率的不利因素。而且，在某些环境温度或应用条件下，还可能需要能够在吸热端温度等于或低于放热端温度的条件下进行热电转换或没有外部电源辅助供能条件下的热量搬移，现有温差发电装置也无法满足。为提高转换效率，目前研究方向多从新材料入手，寻找赛贝克系数高，热电优值Z高的材料，但效果不明显，进展缓慢，不能令人满意。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，以提高热电转换效率。为达成上述目的，本专利技术的解决方案为：一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，包括电臂，在转换电流方向，电臂全部或部分为故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂电臂段的全部或至少一部分为吸热部位，与热源进行热连接，吸入热功率进行热电转换；电臂的至少一部分作为放热部位。进一步，故意非均匀掺杂电臂段具备不同的掺杂元素浓度，或不同的掺杂元素种类，或不同的掺杂元素配比。进一步，故意非均匀掺杂电臂段内至少有一段的掺杂浓度沿转换电流方向为单调上升或单调下降。进一步，掺杂浓度单调上升或下降的电臂段两端的高低掺杂浓度之比≥2，或≥2*103，或≥2*106，或≥2*109，或≥2*1012。进一步，电臂由P型和N型两种半导体组成，或者由单一P型半导体组成，或者单一N型的半导体组成。进一步，沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P单调变化的部分，其表面的全部或部分与热源或传递热源能量的导热介质接触或靠近，实现热连接作为吸热部位；沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P+到P-，或从N-到N+，或从P到N单调变化的部位的全部或部分表面，与放热环境或散热介质接触或靠近，实现热连接作为放热部位。进一步，热源物质或传递热源能量的介质，散热环境中的物质或散热介质，为电的不良导体或者绝缘体。进一步，电臂全部由单调变化的半导体属性分布，沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P。进一步，电臂沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P单调变化部分的总长度L1，与半导体属性分布从P+到P-，或从N-到N+，或从P到N单调变化部分的总长度L2的比值≥1.5。进一步，电臂设置为一根，电臂沿转换电流方向的全部或一部分具备单调上升或单调下降的半导体属性分布，电臂的首尾端用导体或半导体以及电路连接成回路，电臂故意非均匀掺杂电臂段与热源或传递热源能量的介质靠近或接触，实现热连接作为吸热部位；电臂与导体的连接节点作为放热部位，与环境或散热介质靠近或接触；所述电臂为P或N型单一类型的半导体，电臂全部或部分形成故意非均匀掺杂电臂段单调变化的半导体属性分布；或者不同位置形成不同类型元素掺杂，同时具备P型及N型的两种半导体类型，并且形成故意非均匀掺杂电臂段单调变化的半导体属性分布。进一步，电臂设置为半导体属性分别为P型和N型的两根，每一根电臂沿转换电流方向的全部或一部分具备单调上升或单调下降的掺杂浓度，电臂掺杂浓度高的一端P+或N+与另一个电臂掺杂浓度高一端N+或P+连接，两根电臂半导体属性较弱的另一端连接组成回路；故意非均匀掺杂电臂段作为吸热部位，与热源或传递热源能量的介质接触或靠近，而电臂半导体属性较弱的一端连接节点，以及电臂半导体属性较强的一端连接节点作为放热部位，与环境或散热介质接触或靠近。进一步，电臂设置为半导体属性同为P或同为N型的两根，每一根电臂沿转换电流方向的全部或一部分具备单调上升或单调下降的掺杂浓度，各电臂中掺杂浓度更高的一端P+或N+与另一个电臂掺杂浓度较弱的一端P-或N-连接成回路；电臂故意非均匀掺杂电臂段作为吸热部位，与热源或传递热源能量的介质接触或靠近，实现热连接，电臂两端的连接节点至少一个为放热节点。采用上述方案后，本专利技术在转换电流方向，电臂全部或部分为故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂电臂段的全部或至少一部分为吸热部位，吸入热功率进行热电转换；电臂的至少一部分作为放热部位，电臂形成故意非均匀掺杂电臂段，可以分解为节点热电势落差和电臂段热电势落差两个基本部分，其中电臂段热电势落差+ΔEc与输出电压同向，而节点热电势落差ΔEa和ΔEb有可能都是抵抗电压，同时取负值，也可能分别取正值和负值。整体输出电压U＝ΔEc-(ΔEa+ΔEb)，或U＝ΔEc-(ΔEa-ΔEb)，或U＝ΔEc-(-ΔEa+ΔEb)。本专利技术可以配置一个放热节点，另一个节点和故意非均匀掺杂电臂段都作为吸热部位，热电势落差的方向与最终电压方向一致，因此抵抗电压的比例减小，转换效率及功率得以提高。同时，电臂依靠自身半导体属性分布，在连接节点较长的距离内实现热电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：包括电臂，在转换电流方向，电臂全部或部分为故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂电臂段的全部或至少一部分为吸热部位，与热源进行热连接，吸入热功率进行热电转换；电臂的至少一部分作为放热部位。

【技术特征摘要】
1.一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：包括电臂，在转换电流方向，电臂全部或部分为故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂电臂段的全部或至少一部分为吸热部位，与热源进行热连接，吸入热功率进行热电转换；电臂的至少一部分作为放热部位。
2.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：故意非均匀掺杂电臂段，沿电流方向的某些不同部位，按照不同的掺杂元素浓度，或不同的掺杂元素种类，或不同的掺杂元素配比进行掺杂处理，具备不同的半导体属性强弱程度，P-和P+，或者N-和N+。
3.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：故意非均匀掺杂电臂段内至少有一段的半导体属性强弱程度沿转换电流方向为单调增强或单调减弱。
4.如权利要求3所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：掺杂浓度单调上升或下降的电臂段两端的高低掺杂浓度之比≥2，或≥2*103，或≥2*106，或≥2*109，或≥2*1012。
5.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：电臂由P型和N型两种半导体组成，或者由单一P型半导体组成，或者单一N型的半导体组成。
6.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：沿转换电流矢量的正方向，电臂半导体属性分布按照从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P的趋势单调连续变化的部分，其表面的全部或部分与热源或传递热源能量的导热介质接触或靠近，实现热连接作为吸热部位；沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P+到P-，或从N-到N+，或从P到N单调连续变化的部位的全部或部分表面，与放热环境或散热介质接触或靠近，实现热连接作为放热部位。
7.如权利要求6所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：直接与半导体电臂接触的热源物质或传递热源能量的介质；散热环境中直接与半导体电臂接触的的物质或散热介质，为电的不良导体或者绝缘体。
8.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：沿转换电流矢量的正方向，电臂中所有半导体属性连续变化的部位，半导体属性分布变化趋势都是从P-...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶磊，
申请(专利权)人：厦门兰智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35