ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ...

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); Rн - 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 М1 в 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 М2 установится 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 М1 и 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.