专利名称：配角能源的开发利用的制作方法
技术领域：
~~Q热辐射理论(电磁波辐射的一部分)
半导体载流子能带
价电子能级差(统计平均值)
金属导体能带(能级的概率分布与统计平均值)
背景技术：
——1、辐射能的深入开发利用。
以太阳能光伏电池为例它能吸收利用的hv光量子辐射能量等级，必须大于半导 体禁带高度Eg ep+hv-eN小于禁带高度的光辐射，以及大量的Q热辐射。太阳能光伏 电池是无法吸收利用的。
那么，这部分辐射能的利用价值是哪里呢？
这些辐射可以用于载流子(电路中导电电子的通称)能带内部一载流子能级的 上限与下限之间(能级顶与能级底之间) 一相邻或相近的能级之间的跃升。能带内
部的能级准连续给了我们收集利用Q热辐射的机会！
如果我们可能找到一个载流子能带范围足够大——上限与下限之间的载流子能级 差足够大——的物体，可以依靠吸收Q热辐射，让载流子能级从该能带范围的底部(下 限附近)分数次能跃升，到达该能范围的顶部(上限附近)；再找到一些载流子能级的 过滤器——只允许特定能级范围之内的载流子通过——我们就可以实现对Q热辐射能 量的收集利用了。
我们找到了以M金属导体(也含多个M导体组合)的原子实物理场为舞台，在 —相当大的能带范围内，载流子(起导电作用的电子)依靠吸收Q入热辐射或释放Q出 热辐射，可以波动到能带范围之内的任意一个电子能级。(注能带特性——相邻之间 的能级差微小，能级跃升所需收入的QA能量值微小的，能级下降所释放的Q a也是能 量值微小的)。
背景技术：
——2、人们在日常的生产、生活中，所遇到的能量变化，绝大多数只与 价电子、载流子的能级变化有关，而与原子核、原子实关系不大。 从化学置换中得知，各M金属的价电子能量等级是各不相同的； 从物理直流电路中的温差电效应得知，各M金属的载流子(参与导电作用的价电子)能量等级是各不相同；
综合观察对比化学置换与物理温差电效应，各M金属导体价电子、载流子能量等 级的高低排列顺序，化学过程与物理过得是一致的。
在电子转移过程中，电荷单位不变，能级改变。在化学置换中，是价电子能级改 变。价电子能级变化微观分析(取统计平均值)；e^e。u+Q eA1=eM+Q在物理直流电路 中，是载流电子能级改变。温差电现象的微观分析温差电现象中的直流电路发热端 Q从何而来？吸热端Q又到哪里去了？显然，发热端之Q来自于载流子的能级下降； 吸热端之Q被载流子能级上升所吸收了。 CK、 Qa能量级别的微小说明电子能级差变化 的微小。而这只可能发生能带内部相邻或相近的能级之间；不可能发生在各个分立的 电子能级之间
背景技术：
——3、载流子能级过滤器
由半导体能带图得知(激光器 LED照明灯)
^导带载流子&禁带(Eg)ep价带载流子、空穴载流子
N型半导体实为相对高位载流子e^的能级过滤器；
P型半导体实为相对低位载流子ep的能级过滤器；
由半导体致冷器及其能带图得知M导体与N半导体之间无禁带，M导体与P半导 体之间也无禁带；M导体能带上限区域与N半导体载流子能带相通，能带下限区域与P 半导体能带相通(如图2); M导体(也含M导体组合)成为N半导体与P半导体之间 载流子能级准连续的过渡桥梁与缓冲地带。使吸收Q A加以利用成为可能！
由此，我们又找到了一些载流子能级过滤器，使辐射能的深入开发利用成为现实 可行的事情，使Q热辐射能的收集利用成为事实！如图2
微观综合分析——当一个原子单独存在时，它的能级是分立的；在两个原子靠得 很近，以致它们的能级有交叉时，这两个原子将互相影响，引起能级分裂；如果很多 原子靠的很近，那么每一个能级将分裂成很多靠得很近的能级，几乎连成一片，称为 能带。能带宽度上限和下限制之间，其中的能级几乎是连续的；不同导体能带之间的 重叠部分是存在的；能带内部的能级有一个概率分布和一个统计平均值；宽能带可以 作为能级准连续的桥梁，窄能带可能作为能级过滤器
发明内容
一依据《专利法》第31条属于一个总的发明构思的两项以上的发明 或者实用新型，可以作为一件申请提出。
第一系列应用于半导体照明LED、半导体激光器
作为室内照明、单个LED输出的光通量必须足够大，欲加大LED的光通量，首先 必须注入足够的电功率，但LED芯片的温升不能过高，如果管芯结温升超过标准限定 值，将导致不可恢复性光强衰减，同时LED的使用寿命也会受到很大影响。所以必须有良好的散热降温结构。
半导体激光器的工作特性1、温度越高，闳值越高。100K以上，阈值随T的三 次方增加。因此，半导体激光器最好在低温下工作；2、量子效率77K时砷化镓激光器 的量子效率达70%-80%; 300K时，降到30%左右。
解决方案:1、从照明LED，激光器的视角出发，就是在直流电路中添加M金属吸 热片或者说添加冷端；M金属吸热片与芯片N和P实行面接触，替代原有的点接触。 eM+Q入=&eipep+hv出 eP+Q入-es......eP+Q=eN
载流子能级变化与吸热降温如图3
2、 从半导体致冷器的视角出发，就是改变热端Qm输出为hv光量子输出；管芯结 N半导体、P半导体的选材，LED以照明为目的，激光器以激光发射量子效率为目的。 eN=eP+Q ^e^ep+hv、载流子能级变化与吸热降温过程如图3
3、 点接触时的载流子能级变化流程为eu+V ^&……ep+V^eu如图l ;面接触时 载流子能级变化流程为eM+Q a=eNeP+Q ^eM半导体致冷器即是实例之一；微观详 解M吸热片的载流子能级概率分布、自动平衡机理、统计平均值等等，限于说明书篇 幅，就此打住了。
有益效果、技术进步有三1、添加配角能源输入，配角能源取自于结区物质热振 动能、环境介质热辐射能。改变单一的V 种能源输入为两种能源输入V #=VR+Q a V 外为外加电场力，同时肩负着克服电路电阻、驱动载流子定向移动，为载流子能级跃升 eM+v外-en e^ep+hv出……eP+V 提供能量转化两个任务。A为克服电路电阻、驱 动载流子定向移动的电力消耗；Q a为直流电路中M吸热片载流子能级跃升eM+Q人 =eN……ep+Q入-eu所吸收的固体热振动能、环境介质热辐射；且V^^WfQ人Q入即为电 部分。
设hvW外-709(Fhva/VB+qa q;dl越大，Vb就越小;
Hv出/V外hv出/^>70%提高了单位W的发光效率(LED)
2、 因为冷端M金属吸热片直接与N、 P实行面接触，照明LED芯片直接得到降温 处理，而且可以在封装结构内实行降温；
激光器管芯结的降温原理与LED相同，可以由此降低阈值，提高激光发射的量子 效率。
3、 减缓LED光强衰减，延长芯片使用寿命; 减缓激光器NP结发热损耗老化、延长NP结使用寿命。
宏观分析解释这其实是一种能量转移过程，后者是本发明专利给照明LED，激 光器添加上去的；Q入从冷端进入直流电路，又从NP结能量输出端释放出来，整体的 能量输入与输出是平衡的。能量守恒、能量不灭定律V #VR+Q入VK转化为导体热能，又成为了cu的一部分。
微观分析解释在整个直流电路中，所有的分子、原子都在原地作热振动，移动
的只有载流子。载流子能级变化是照明LED发光、激光器发射激光的根源，en与ep之 间存在E^(Eg)、能级不连续，出现跳水发射hv;也是吸收Q入热辐射的根源，借助于 准能级连续，实现了对Q入的吸收利用。
借助于载流子能级变化，我们实现了对Q热辐射的收集利用。
第二系列在化学工业电解电路之中的应用
化工电解过程实质上是一个"氧化还原反应"，氧化过程释放出能量(即输出能量) 价电子能量等级下降；还原过程是氧化过程的逆过程，必须输入能量让价电子能级上 升恢复到氧化之前的价电子能级状态。在这个过程中与原子核无关，也与原子实基本 无关。
在现有的电解电路中，输入电解液的能量仅靠V外(即外加电场力)一种。克服电 路电阻、驱动载流子(导电电子)定向移动依靠Vw提升价电子能级使之恢复到氧化
之前的状态也是依靠v ^。
解决方案克服电路电阻、驱动载流子定向移动的任务，交给W去完成
提升价电子能级的任务,尽可能交给Q入去完成，不足部分是由V^补充之；把电
解过程中的电力消耗下来。如图3、图4。
以化学置换为例说明价电子能级Zn+2lT=Zir+H21 +Q出e^e股+Q * Zn+GT-G 4 +Q 出e^^+CU价电子在化学置换中能级下降，必有Q出输出。
从半导体致冷器的视角出发，就是改变热端Q输出为电解能输出；N型载流子过 滤器作阴极，输出相对高能级的载流子；P型流子过滤器作阳极，吸收输入相对低能 级载流子。冷端M金属吸热片实行多个M组合(按载流子能级主流区域高低顺序排列)。
以阴极产生H21 ,阳极产生Q21为例eM+Qe。u+Q vem
e幼+Q入-eAi eAi+ Q入=ezn ezn>eH2 2fiT+2zn=H21 +Q
eP+Qx=e 40H—=2H2O+021 -Q eoa—^ep或e< +V#eP
eP+Q=eAU eAU+Q=eAg eAg+Q^ecu如图4 (M广A 线—Ag Ms-Cu M4-Zn Mg-Ai 与原来的电解电路比较，添加了冷端M吸热片吸收环境介质Q a热辐射。 有益效果技术进步1、添加了配角能源输入；V #VR+Q a Q人为节电部分。详情 请参看第一系列、有益效果技术进步之一陈述。
2、 冷端产冷量作为电解过程的副产品可以作空调、小冷藏库等用途；
3、 在实际工艺设计中，通过限压措施V外i， Q人f把V外消耗降下来。 宏观分析解释电解电路中冷端所吸收的Q a被转移送进了电解液;能量是不灭的，能量被转移了。通过多个M金属片组合，可以扩大Q入的吸收利用。
微观分析解释价电子、载流子特性是负电荷数量不变，能级状态可变，能级上 升必吸收能量，能级下降必释放能量。在能带范围之内的能级上升，靠吸收Q入热辐射 即可以完成，这就是直流电路中的微观现象
发明内容
——第三系列以空调制冷为目的应用
在暖通空调制冷方面，目前据霸主地位的是蒸汽压縮式、制冷剂相变制冷工艺。 半导体致冷器相对于蒸汽压縮式致冷，有多方面的优点，就是单位电耗制冷量还比不 上蒸汽压縮制冷。 '
解决方案改变热端的Q出输出为hv光输出，电解能输出，并加以回收发电，降 低原来的电耗，提高回收发电之后的单位电耗制冷量。
1、 改变半导体致冷器的热输出为hv输出；eN-hV=eP激光器以发射激光的量子效 率为目的，照明LED以发射可见光为目的，若以致冷为目的，首先考虑热端的发射效 率，就不必讲究发射的是可见光或者红外线了，只要发射效果好就成；其次考虑热端 发射的回收发电，光伏电池、镜面反射聚焦等都是可以的；
2、 改变半导体致冷器热端的Q输出为化学电解能输出，并以气体化学电池的方式 回收发电，例电解质溶液选40%左右的KOH溶液电解时，N型过滤器为阴极2H++2eN=H2 t e +Q A=eN P型过滤器为阳极40FT-4eP=2H2o+021 eP+Q A=eM作为氢氧燃料电池 时，负极H2催化剂2lT+2eH2正极02進lta40ff+4ew- e^e^Vg Vg为价电子电位差。
有益效果、技术进步1、热端的能量输出，变废为宝、变系统负担为回收发电的 能量来源；冲抵原来的电耗，提高总体单位电耗致冷量，挑战蒸汽压縮式、制冷剂相 变制冷的霸主地位；
2、充分发挥半导体致冷器的优点，工作时没有振动、噪音、没有制冷剂泄漏污染 环境的烦恼，没有旋转部件，大大减少了日常维修费用。
宏观分析、解释半导体致冷器热端的能量输出方式，不仅仅只有Qm热输出一种。 改变热端的能量输出方式，我们就可以借此找回收利用价值，回收发电的路子。
微观分析、解释载流子能级变化，是直流电路中能量输入、输出的根本原因；
宏观现象是微观行为必然结果。
借助于固体中能级分裂形成的载流子能带理论，我们终于找到了一条收集利用Q
A热辐射的路子。
——图l说明M金属线与NP结实行点接触，M导线载流子能级取M的 统计平均值；M-N、 P-M之间的载流子能级差由V^转化。能源结构仅仅V^—种输入系统。eM+V外二ew eiFep+hv出 ep+V外^eji。
图2说明这是简易的半导体致冷器载流子能级、能带示意图；M-N、 P-M之间实 行面接触，载流子在接触界面进行的是载流子能级的平级转移；N过滤器允许通过的 载流子能级范围、P过滤器允许通过的载流子能级范围在示意图上面一目了然；载流 子能级的上升、下降依靠M能带内的载流子能级准连续自发完成。在M能带内各相邻 的载流子能级之间，能级差很小，依靠吸收Q入热辐射就可以让载流子能级上升。
按载流子移动方向顺序依次为e^+QV-eN e^ep+Qaj eP+Q^eM
图3说明这是LED'，半导体激光器的实用载流子能带示意图;与图1相比，多 了冷端吸热片M能带，图1之中载流子能级上升是跳高动作e +V f e eP+V ^m國3 之中载流子能级上升是上楼梯动作eM+Q fa eP+Q ^eM依靠冷端吸热片M能带内的能 级准连续自发完成。与图2相比，少上热端散热片M能带，图2之中载流子能级下降 是下楼梯e =ep+Q a图3之中载流子能级下降是跳水动作eN=eP+hV把3个图作一个对照， eN与ep之间，所释放输出的能量值是一样的，区别在于输出的能量辐射方式不一样。
图4说明各M之间的能带重叠部分，有利于扩大载流子能级连续的范围；e^+Q 入二ene ^n2+G入二G必 e必+Q入二e^j e^+Q入^e必 ep+Q入二em e^+Q;^eN^且fe35;^M导^自 流子能级主流区域之间的能级差，有利于大电流通过和Q入热辐射的充分利用。
具体实施方式
——在直流电路中添加冷端M金属吸热片；V^Vk+Q入V》卜为添加前 的电力消耗，VK为添加后的电力消耗，Q入为添加入直流电路的配角能源(自身的热振 动能或环境介质热辐射能)；同时具备节电、降温散热双重效果，工艺设计思路如图3、 图4
载流子能级变化流程为eM+Q入-e^ e^ep+hv eP+Q=eN eN=eP+hv多个NP结串 接eP+Q A=eM
其中^为克服电路电阻的电力消耗，电阻热转变成热振动能之后成为Q a的一部分。
权利要求
1、半导体LED添加冷端M吸热片。
2、 激光器NP结添加冷端M吸热片。
3、 电解电路添加冷端M吸热片。
4、 半导体致冷器在空调、制冷的应用中，热端改Q输出为hv光输出或电 解能输出，并且加以回收利用。
全文摘要
配角能源的开发利用的发明申请是服务于“环境保护、节能减排”这一个政府工作重点的。本发明提供一个进入尚待开发利用的能源的途径——用能带理论观察、分析和应用温差电现象；并且扩展到化学电解过程。瞄准的能源领域为Q热辐射能，完全符合节能环保的要求；在开发利用的过程中，因为处于被动、从属的地位，所以叫它“配角能源”。其中离商品化生产和推广最近的是在半导体LED和半导体激光器中的应用——利用温差电手段介入它们的热管理和节能技术。
文档编号H01L23/36GK101413736SQ20081007165
公开日2009年4月22日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者林敏堂 申请人:林敏堂