一种能源发电机的制作方法

一种能源发电机
1.本技术要求在2022年04月13日提交中华人民共和国知识产权局、申请号为202210387612.5、发明名称为“复合能源发电机”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本技术中。
技术领域
2.本技术涉及新能源技术领域，尤其涉及一种能源发电机。


背景技术：

3.研究人员在可再生能源的研究上持续发力，以期为环境保护做出贡献，同时能在能源供应发面开拓新道路。
4.长期以来，雨水作为常见的自然现象，所产生的雨滴能是受到人们忽视的一种可再生能源。目前收集雨滴能的发电机主要通过感应起电和接触起电的原理进行能源收集。这种发电机多为两层结构，一层为电负性材料，另一层为电正性材料。其中，电正性材料位于电负性材料之下。当雨滴落在电负性材料上时，雨滴在电负性材料上滚动，发生接触起电，这使得电正性材料能感应起电，从而将雨滴能转化为电能收集。但是由于雨滴间断地落在发电机表面的电负性材料上，使得发电机的两个电极板所能转化的电能，只能以交流电的形式输出，这导致在交流电输出以后，还需要接入额外的整流器，将交流电改为直流电后，才能加以利用。


技术实现要素：

5.本技术提出一种能源发电机，用以解决收集雨滴能的发电机不能将交流电转为直流电的问题。
6.本技术提供一种能源发电机，包括第一电极板、第二电极板，所述第一电极板覆盖于所述第二电极板的上表面，所述第一电极板为电负性高于设定阈值的聚合物薄膜，包括：
7.第一半导体片和第二半导体片，所述第一半导体片、所述第二半导体片的上表面均与所述第二电极板的下表面相接，使得所述第一半导体片、所述第二半导体片分别与所述第二电极板之间形成肖特基结；且所述第一半导体片与所述第二半导体片之间相隔设定距离；
8.其中，所述第二电极板为金属导体。
9.上述申请实施例中的能源发电机，通过在材料为金属导体的第二电极板下方设置第一半导片、第二半导体片，使第一半导体片和第二半导体片都能与第二电极板之间形成肖特基结。通过肖特基结的整流效应，就可以将能源发电机所收集的交流电转化为直流电，从而提高了收集雨滴能的能源发电机的适用性，促使能源发电机能直接应用于更多的用电设备。
10.一种可能的实施方式，所述第一半导体片的电阻率、第二半导体片的电阻率均不小于10欧姆
·
厘米。
11.一种可能的实施方式，所述能源发电机还包括：
12.第三电极板，贴附于所述第一半导体片的下表面；
13.第四电极板，贴附于所述第二半导体片的下表面。
14.一种可能的实施方式，第一半导体片为p型半导体，所述第二半导体片为 n型半导体。
15.一种可能的实施方式，所述第二电极板为透明电极板，且所述第二电极板的费米能级位于所述p型半导体的费米能级和所述n型半导体的费米能级之间。
16.一种可能的实施方式，在所述第三电极板与所述第一半导体片之间设置第一粘附层，使得所述第一半导体片与所述第一粘附层之间形成欧姆接触；并且，在所述第四电极板与所述第二半导体片之间设置第二粘附层，使得所述第二半导体片与所述第二粘附层之间形成欧姆接触。
17.一种可能的实施方式，所述第一半导体片、所述第二半导体片均为硅片。
18.一种可能的实施方式，所述第三电极板、所述第四电极板均为金电极板。
19.一种可能的实施方式，所述第一半导体片的厚度、所述第二半导体片的厚度均不小于0.5mm。
20.一种可能的实施方式，所述能源发电机还包括；
21.金属纳米线；
22.其中，所述金属纳米线于所述第一电极板和所述第二电极板之间；所述金属纳米线在所述第二电极板上表面的覆盖率为1％～10％之间的任一值。
附图说明
23.图1为本技术实施例提供的一种能源发电机的结构示意图；
24.图2为本技术实施例提供的一种复合能源发电机的结构示意图；
25.图3为本技术实施例提供的又一种能源发电机的结构示意图；
26.图4为本技术实施例提供的对应于图3所示的能源发电机的等效电路图；
27.图5为本技术实施例提供的，使用图3所示的能源发电机收集雨滴能时的性能测试图；
28.图6为本技术实施例提供的，使用图3所示的能源发电机收集太阳能时的性能测试图；
29.图7为本技术实施例提供的，使用图3所示的能源发电机收集热能时的性能测试图；
30.图8为本技术实施例提供的，使用图3所示的中能源发电机同时收集雨滴能、太阳能、热能时的性能测试图。
具体实施方式
31.针对现有技术中，缺乏一种收集雨滴能时，能将交流电转为直流电的能源发电机的问题，本技术提出一种能源发电机，该能源发电机包括第一电极板、第二电极板，第一电极板覆盖于第二电极板的上表面。在第二电极板下方设有第一半导体片、第二半导体片，使第一半导体片、第二半导体片均与第二电极板相接触，以便于形成肖特基结。利用该肖特基
结的整流特性，就可将通过雨滴能所得的交流电转为直流电，使得本技术实施例中所提供的能源发电机，在收集雨滴能时，可以直接以直流电的形式输出电能。
32.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术的技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
33.本技术提出一种能源发电机，用以解决收集雨滴能的发电机不能将交流电转为直流电的问题。
34.图1为本技术实施例提供的一种能源发电机的结构示意图。如图1所示，能源发电机10包括第一电极板11、第二电极板12，第一电极板11为电负性高于设定阈值的聚合物薄膜。该聚合物薄膜可以是聚四氟乙烯。第二电极板12 为金属导体。其中，第一电极板11覆盖于第二电极板12上表面。在第二电极板12下方设置第一半导体片13、第二半导体片14，使第一半导体片13、第二半导体片14与第二电极板12相接，以便于第一半导体片13、第二半导体片 14和第二电极板12形成肖特基结15。
35.在雨滴间断滴落在第一电极板11的过程中，接触起电和感应起电引起第二电极板12上的电荷在两个相反的方向上来回转移，产生交流电；由于肖特基结15的整流效应：可以将交流电转为直流电后输出。当电流经过肖特基结 15，自第一半导体片13和/或第二半导体片14流出时，已经完成了交流电到直流电的转换，电能以直流电的形式流出。因此，上述申请实施例中的能源发电机10达到了优化收集雨滴能的发电机的目的，避免了在外接电路中再连接a/d 转换器或a/c转换器进行整流。
36.为避免肖特基结15对应的肖特基二极管产生的漏电流太大，影响直流电的输出，本技术实施例中设置第一半导体片13、第二半导体片14的电阻率均不小于10欧姆
·
厘米。
37.图2为本技术实施例提供的一种复合能源发电机的结构示意图；如图2所示，在上述收集雨滴能的能源发电机10基础上，于第一半导体片13、第二半导体片14下方分别设置第三电极板21、第四电极板22，使第三电极板21贴附于第一半导体片13的下表面，第四电极板22贴附于第二半导体14的下表面，得到复合能源发电机20。也就是说，复合能源发电机20包括第一电极板 11、第二电极板12、第一半导体片13、第二半导体片14，以及第三电极板21，和第四电极板22。上述复合能源发电机20可以基于第二电极板12、第三电极板21、第四电极板22完成太阳能或热能至电能的转化、收集。第三电极板21、第四电极板22可以是金属导体电极板；例如，金电极板。
38.进一步地，半导体可以分为p型半导体、和n型半导体。在本技术一种实施例中，设置第一半导体片13，或第二半导体片14之一为p型半导体，则另一为n型半导体。具体地，p型半导体中的多数载流子为空穴，n型半导体中的多数载流子为电子。因而需要选择费米能级位于p型半导体费米能级、和n 型半导体费米能级之间的材料作为第二电极板12，使得p型半导体与第二电极板12，n型半导体与第二电极板12之间都形成电子浓度差。因此，本技术实施例中设置第一半导体片13和第二半导体片14中任一为p型半导体，则另一为n型半导体，以使上述电子浓度差在能源发电机中的方向一致。
39.在本技术提供的一种实施例中，第一半导体片13、第二半导体片14均为硅片，第二电极板12为氧化铟锡电极板。由于p型硅的多数载流子为空穴，而氧化铟锡电极板中含自由
电子，n型硅的多数载流子为电子。所以在n型硅和第二电极板12之间，第二电极板12和p型硅之间的接触面，均形成电子浓度差。具体来说，n型硅中的电子浓度高于氧化铟锡电极板，氧化铟锡电极板中的电子浓度高于p型硅。
40.进一步地，由于氧化铟锡的费米能级位于p型硅和n型硅之间，所以氧化铟锡电极板可以分别和p型硅、n型硅之间形成费米能级差，使得电子发生转移，从而降低上述电子浓度差。具体地，在n型硅与氧化铟锡电极板之间，电子从n型硅向氧化铟锡电极板转移，因而在n型硅和氧化铟锡电极板的界面处形成一个从n型硅指向氧化铟锡电极板的内建电场。同理，在p型硅与氧化铟锡电极板之间发生电子转移，因而也产生了自氧化铟锡电极板指向p型硅的内建电场。
41.在上述内建电场作用下，电子在同一方向，定向移动。电子的移动路径为：从p型半导体经过氧化铟锡电极板后，流经n型半导体。
42.需要说明的是，上述氧化铟锡电极板为透明电极板。电极板透明可确保光线能穿透氧化铟锡电极板表面，照射至肖特基结15的结区(即氧化铟锡电极板与p型硅/n型硅的接触面)进行光能的收集、转化。因此，当本技术实施例中的复合能源发电机20还进行太阳能的收集时，第二电极板12的材料包括但不限于为氧化铟锡，第二电极板12的材料可以是任意费米能级位于p型半导体片或n型半导体片之间的，透明金属。
43.肖特基结15的形成条件包括，金属与半导体接触；尤其是贵金属与半导体之间，极易形成肖特基结。为避免第三电极板21与第一半导体片13，第四电极板22与第二半导体片14之间形成新的肖特基结15，影响电流方向导致电能不能从复合能源发电机20中顺利输出，可以在第一半导体片13与第三电极板21之间设置第一粘附层，以及第二半导体片14与第四电极板22之间设置第二粘附层，以构造欧姆接触。本技术的一种实施例中，第一半导体片13、第二半导体片14为硅片。其中，第一半导体片13为p型硅，第二半导体片14 为n型硅。因而在第三电极板21与第一半导体片13(即p型硅)之间的第一粘附层可为镍层，且在第四电极板22与第二半导体片14(即n型硅)之间的第二粘附层可为钛层，使得p型硅与镍层之间形成欧姆接触，n型硅与钛层之间形成欧姆接触。上述镍层、钛层可以通过磁控溅射方法，使得镍层/钛层作为粘附层位于p型硅、n型硅上。
44.进一步地，为实现集流，可以在第一电极板11和第二电极板12之间设置金属纳米线。其中，金属纳米线在第二电极板12上表面的覆盖率为1％～10％之间的任一值。优选覆盖率为5％。
45.进一步地，当上述复合能源发电机20用于收集热能时，可设置第一半导体片13的厚度、第二半导体片14的厚度均不小于0.5mm，以便于第一半导体片13的上表面和下表面，和第二半导体片14的上表面和下表面之间都能形成显著的温度差。当第二电极板12受热，热传导至第一半导体片13、第二半导体片14的上表面，使得第一半导体片13、第二半导体片14的上表面与下表面之间形成温度差。基于塞贝克效应：半导体中的多数载流子从热端向冷端移动，即p型半导体中为空穴自上而下移动形成电势差，n型半导体为电子自上而下移动形成电势差。在上述电势差的作用下，产生反向电荷流。因此，在上述复合能源发电机20中，电子同样实现了同一方向地定向移动；电子的移动路线为：从p型半导体经过氧化铟锡电极板后，流经n型半导体。
46.实际上，在本技术实施例所提供的能源发电机10、复合能源发电机20中，半导体数
量的不局限于两个，可以根据实际需求以及使用条件，对上述能源发电机10、或复合能源发电机20中半导体数量进行扩充，达到提升能源发电机 10、或复合能源发电机20的能源收集率的目的。以下针对复合能源发电机20 中包括多个半导体时的情况进行说明，请参考图3。不妨将上述p型半导体、n 型半导体作为1个半导体单元，其中，第一半导体片为p型半导体，第二半导体片为n型半导体。如图3所示，该能源发电机30中包括第一电极板11、第二电极12、第三电极板21、第四电极板22、第一半导体单元、以及第二半导体单元。其中，第一半导体单元中包括第一硅片131(p型)，和第二硅片141 (n型)；第二半导体单元包括第一硅片132(p型)，第二硅片142(n型)。第一半导体单元和第二半导体单元分别对应不同的第二电极板12；在第一电极板 11和第二电极板12之间，均设置用于集流的金属纳米线31，该金属纳米线31 可为银纳米线。在第一硅片(131、132)和第三电极板21之间，第二硅片(141、 142)和第四电极板22之间分别设置镍层、钛层(图中未示出)，以形成欧姆接触。为实现如图3中虚线所示的电流流向，本技术实施例中，在第一半导体单元和第二半导体单元之间，设置相邻的第四电极板22、第三电极板21相连接，使得第二硅片141和第一硅片132相连，因而在上述能源发电机中形成了第二电极板12与第三电极板21交错设置的结构。图3中的(p型)第一硅片或(n型)第二硅片均与第二电极板12的下表面接触，形成一个肖特基结，该肖特基结可以用于收集太阳能，还可以用整流效应用于将雨滴能转化所得的交流电整流为直流电。能源发电机中包括4个肖特基结(即肖特基二极管)。图4 为本技术实施例提供的对应于图3中能源发电机的等效电路图。如图4所示，这4个肖特基二极管串联，对应于收集雨滴能的能源发电机串联两个肖特基二极管、并联两个二极管。当复合能源发电机30用于收集热能时，上述复合能源发电机30可以等效为4个肖特基二极管串联。
47.图5～图8为本技术实施例所提供的，利用图3所示的能源发电机收集不同种类的能源时的性能测试图。具体地，图5为收集雨滴能时，该能源发电机的性能测试图。如图5所示，收集雨滴能时，该能源发电机的开路电压为9v，短路电流为0.8μa。图6为收集太阳能时，该能源发电机的性能测试图。如图 6所示，收集太阳能时，该能源发电机的开路电压为0.9v，短路电流为0.9ma。图7为收集热能时，该能源发电机的性能测试图。如图7所示，收集热能时，该能源发电机的开路电压为0.5mv，短路电流为0.5na。图8为同时收集雨滴能、太阳能、热能时的性能测试图；如图8所示，同时收集雨滴能、太阳能、热能时，该能源发电机的开路电压为9v，短路电流为0.4ma。可见，上述能源发电机在收集雨滴能的基础上，还可以分开或同时收集太阳能、热能。
48.综上所述，本技术实施例中所提供的能源发电机在收集雨滴能时，通过肖特基结，将交流电整流为直流电，提高了能源发电机的适用性，使得该能源发电机可以直接输出直流电。同时，由于该能源发电机可以单独用于收集雨滴能、太阳能、或热能，使得能源发电机的使用不再受到天气限制，因而还提高了能源发电机的使用率，使得能源发电机的发电量得以有效提升。
49.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。