ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
В ЭНЕРГИЮ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Автор публикации: Зерний Анатолий Николаевич

Оставьте комментарий

Проблема современной энергетики состоит в том, что производство электроэнергии – источника материальных благ человека, находится в губительном противостоянии с его средой обитания – природой и как результат этого - неизбежность экологической катастрофы.

  Поиск и открытие альтернативных, экологически чистых, способов получения электроэнергии – актуальнейшая задача Человечества.

  Одним из источников энергии, является природная окружающая среда: воздух атмосферы, воды морей и океанов, которые содержат огромное количество тепловой энергии, получаемой от Солнца.

  Предлагается способ преобразования тепловой энергии окружающей среды в энергию постоянного электрического тока, основанный на контактных явлениях между металлом и полупроводниками различного типа проводимости.

  Приведены: принципиальная схема преобразователя, технологические условия изготовления и краткое описание принципа работы.

  Преобразователь представляет собой следующую принципиальную схему (см. рис. 1).

  где: П – кристалл полупроводника (кремний n-типа); р-n – переход с контактным электрическим полем Ек; М₁ – металлический контакт с р-областью (алюминий); М₂ -- металлический контакт с n-областью (алюминий); d – глубина залегания р-n перехода (не более 10 мкм); RH – сопротивление нагрузки внешней цепи.

  Принцип работы преобразователя заключается в следующем.

  Например, работа выхода электрона из полупроводника n-типа составляет 4,25 эВ, р-типа – 5,25 эВ, из алюминия – 4,25 эВ. Поэтому, контакт М₂ с полупроводником n-типа является омическим и не влияет на работу преобразователя, а контакт М₁ с полупроводником р-типа является инжектирующим.

  Под действием сил теплового движения и в результате различия работ выхода, электроны из металлического контакта М₁ будут инжектироваться в р-область полупроводника. Часть электронов рекомбинирует с дырками р-области кристалла, а остальная часть электронов будет перебрасываться электрическим полем р-n перехода Ек в n-область кристалла. При этом n-область полупроводникового кристалла и контакт М₂ будут заряжаться отрицательно, а контакт М₁, из-за ухода из него электронов, - положительно, что в итоге приведет к возникновению разности электрических потенциалов между контактами М₁ и М₂.

  Поток электронов из М₁в М₂ будет иметь место до тех пор, пока возрастающее электрическое поле между контактами не вызовет встречный поток электронов из n-области в р-область кристалла из-за снижения потенциального барьера р-n перехода. Когда эти токи электронов сравняются, в изолированном кристалле установится электрическое и термодинамическое равновесие. При этом между контактами М₁ и М₂установится разность потенциалов равная половине контактной разности потенциалов p-n перехода (в данном случае – 0,55В), что означает наличие между ними Э.Д.С. (холостого хода).

  Если замкнуть контакты М₁и М₂ внешним металлическим проводником с сопротивлением Rн, то электрическое и термодинамическое равновесие полупроводникового кристалла нарушится и в цепи нагрузки потечет электрический ток I Rн. При этом p-n переход будет охлаждаться, т. к. энергия электронов переходящих из р-области в n-область полупроводника будет увеличена за счет внутренней (тепловой) энергии кристаллической решетки полупроводника. Для поддержания в цепи нагрузки постоянного по величине тока, к кристаллу необходимо подводить теплоту от окружающей среды – Qo. c.

Версия для печати
Автор: Зерний Анатолий Николаевич
P.S. Материал защищён.
Дата публикации 04.04.2004гг

---

---