本发明专利技术涉及可操作以从热产生电力的系统及方法。示范性直接热电转换器实施例包含具有第一复合率的至少第一复合材料；邻近于所述第一复合材料且具有第二复合率的第二复合材料，其中所述第二复合率不同于所述第一复合率；及邻近于所述第二复合材料且具有与所述第一复合率大体上相同的第三复合率的第三复合材料。热的施加产生在所述第一复合材料与所述第二复合材料之间迁移的至少第一电荷载流子，且产生在所述第三复合材料与所述第二复合材料之间迁移的至少第二电荷载流子。所述第一电荷载流子的所述迁移及所述第二电荷载流子的所述迁移产生电流。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
热为一种很容易获得的能量来源。热可从周围环境来源(例如，大气层、流水、太阳或地热流体)获得。热也可为例如蒸汽动力发电或工业制造、操作半导体装置或类似物的过程的副产物。然而，迄今难以将获得的热能转换成电能。例如，热可用于使用驱动发电机涡轮的辅助流体(例如，蒸汽或类似物)而产生电力。通常，例如在发电站及工业制造设施中，热被视为必须消除的废弃副产物。例如，当热为废弃副产物时，使用冷却塔或类似物将所述废热消散到大气中。因此，至少为了改进热效率且可能降低系统复杂性，在此项技术中需要从可用的热得到电力。
技术实现思路
本专利技术揭示直接热电转换的系统及方法。示范性实施例包含具有第一复合率的至少第一复合材料、邻近于所述第一复合材料且具有第二复合率的第二复合材料，其中所述第二复合率不同于所述第一复合率，及邻近于所述第二复合材料且具有与所述第一复合率大体上相同的第三复合率的第三复合材料。热的施加产生在所述第一复合材料与所述第二复合材料之间迁移的至少第一电荷载流子，且产生在所述第三复合材料与所述第二复合材料之间迁移的至少第二电荷载流子。所述第二电荷载流子在极性方面与所述第一电荷载流子相反。所述第一电荷载流子的迁移及所述第二电荷载流子的迁移产生电流。附图说明参考下列图式，优选实施例及替代实施例在下文中予以详细描述:图1为直接热电转换器的实施例的框图；图2为直接热电转换器的示范性半导体实施例的框图；图3概念性地说明移动电荷载流子从低复合材料迁移到正掺杂层中，且接着空穴从正掺杂层伴随迁移到高复合材料中；图4概念性地说明移动电荷载流子从低复合材料迁移到负掺杂层中，且接着电子从负掺杂层伴随迁移到高复合材料中；图5为直接热电转换器的替代半导体实施例的框图；图6为直接热电转换器的另一替代半导体实施例的框图；及图7为直接热电转换器的电化学实施例的框图。具体实施例方式图1为直接热电转换器100的实施例的框图。直接热电转换器100的实施例经配置以从热源102接收热，且经配置以从所述所接收的热产生电力。所述电力(电流及电压)可输送到负载104。在一些实施例中,所述所产生的电力以直流(DC)形式输出。在包含电力调节设备的其它实施例中，所述所产生的电力可以交流(AC)形式输出。各种半导体实施例经配置以通过使不同材料的耗尽区域彼此抵靠地凹陷而俘获二极管的“内建”电势(VD)。用于半导体中的载流子密度的整体公式在等式I中证明。n*p = C*T3e(_Eg/kb*T) (I)在等式I中，η及P分别为电子浓度及空穴浓度，C为材料特定常数，T为温度(以开尔文为单位)，Eg为能带间隙,及kb为波兹曼(Boltzmann)常数。在常温下，kb*T为约0.025eVo图2为直接热电转换器100的示范性半导体实施例200的框图。示范性半导体实施例200包括低复合材料202 (可互换地称为低复合半导体材料)及高复合材料204 (可互换地称为高复合半导体材料)的交替层。低复合材料202与高复合材料204在异质结处接八口 ο高复合材料204可掺杂有正掺杂材料以在一端处且邻近于所述异质结形成正掺杂层206a。高复合材料204可掺杂有负掺杂材料以在另一端处且邻近于另一异质结形成负掺杂层208a。因此，一层高复合材料204保持不掺杂(且因此在正掺杂层206a及负掺杂层208a的相对侧上)。低复合材料202也可掺杂有正掺杂材料以在一端处且邻近于所述异质结形成正掺杂层206b。低复合材料202也可掺杂有负掺杂材料以在另一端处且邻近于所述另一异质结形成负掺杂层208b。因此，一层低复合材料202保持不掺杂。如图2中所说明，高复合材料204及低复合材料202被正掺杂层206a/b或负掺杂层208a/b分离。电子可穿过负掺杂层208a/b迁移越过所述异质结。空穴可穿过正掺杂层206a/b迁移越过所述异质结。在本文中，电子及/或空穴漂移、扩散及热离子发射(指示越过所述异质结)可互换地被用于术语“迁移”。正端子210及负端子212提供附接点(肖特基(Schottky)接触或类似物)以递送所产生的DC电力。在替代实施例中，任选的正掺杂层214及/或任选的负掺杂层216可分别包含于低复合材料202及/或高复合材料204的端处，以提供与端子210、212的欧姆类型接触。可使用任何合适的低复合材料202及高复合材料204。在各种实施例中，可使用任何合适的掺杂材料类型、掺杂层深度及/或杂质浓度。在一些实施例中，可使用不同掺杂材料。低复合材料202、高复合材料204、正掺杂层206a/b及负掺杂层208a/b为半导体类型材料，其中(与绝缘体类型材料相比)，传导带与价电子带之间的能带间隙相对较小。与低复合材料202相比，在高复合材料204中，电子及空穴可更容易复合或可被湮灭。由于电子及空穴复合的速率分别与传导带及价电子带中的电子及空穴浓度成反比，所以与高复合材料204相比，低复合材料202在任何给定温度下具有相对更自由的电子及空穴。因此，(与高复合材料204相比)，存在可用于从低复合材料202迁移的相对较大数目的自由电子及空穴。使用所关注的具有相对较高的复合率及相对较低的复合率的经选择的材料形成各种实施例，以在半导体实施例200中实现所需电流及/或电压。当将热能施加或传输到半导体材料202、204、206a/b及/或208a/b中时，若干移动电荷载流子(电子)能从其价电子带一直迁移到其相应传导带。一旦电子迁移到其传导带，所述电子可轻易移动到邻近原子或分子的传导带。通过所述电子产生的相关联的空穴也为可轻易迁移到邻近原子或分子的移动电荷载流子。由于倾向于抵抗电子及空穴对的复合的低复合材料202的固有性质，低复合材料202的移动电荷载流子(电子)倾向于保持于传导带中。因此，低复合材料202的移动电荷载流子迁移到邻近原子或分子的其它传导带是相对容易的。相反，已迁移到高复合材料204中的电子及/或空穴倾向于复合。由于倾向于促进电子及/或空穴的复合的高复合材料204的固有性质，电子移动电荷载流子退出传导带进入价电子带的可用空穴中。即，传导带中的电子与价电子带的空穴复合是相对容易的。可以在直接热电转换器100的半导体实施例200中诱发(产生)聚集电流流动及伴随电压的方式导引、引导、限制及/或约束移动电荷载流子(电子及/或空穴)的迁移。接着在端子210、212处获得的电流及电压可被提供到负载104(图1)。图3展示半导体实施例200的一部分214，其概念性地说明移动电荷载流子(电子及空穴)从低复合材料202迁移到正掺杂层206a/b中，且接着空穴从正掺杂层206a/b伴随迁移到高复合材料204中。图4展示半导体实施例200的一部分216，其概念性地说明移动电荷载流子(电子及空穴)从低复合材料202迁移到负掺杂层208a/b中，且接着电子从负掺杂层208a/b伴随迁移到高复合材料204中。在图3及4中，空穴概念性地说明为“ο”且电子概念性地说明为“e”。所述空穴在极性方面与所述电子相反。正掺杂层206a/b为用导致所述正掺杂层206a/b中的相对较大数目的空穴的杂质而制造的半导体层。如图3中概念性地说明，当来自邻近低复合材料202的移动电荷载流子(电子及/或空穴)迁移到正掺杂层206a/b中时，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·米伦·欧蓝，
申请(专利权)人：彼得·米伦·欧蓝，
类型：
国别省市：
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