CN103367624A - 半导体发电法及由此制造的半导体发电机 - Google Patents

Abstract

半导体发电法及由此制造的半导体发电机涉及半导体领域。其旨在提供一种勿需光照、温差，将热能特别是能够将自然界中散失的热能直接转化为电能的新方法。其方法主要在于使有半导体材料所构成的发电体系本身固有载流子的浓度差，利用载流子因热运动而导致的浓差扩散形成电动势。因此本发明可将自然界中散失的热能重新利用、将大展翅光照发电发展为小体积晶体块吸热发电且发电功率可随其体积增大而增大。其半导体晶体块发电机可用于手机、飞机、卫星、导弹、舰船、各种车辆、家用电器、军工机械等移动或固定的用电器内部提供网络、照明或动力电能，也可用于建设占地面积极小的清洁电厂进行不分昼夜阴晴全天候发电等。

Description

半导体发电法及由此制造的半导体发电机

一、技术领域

本发明涉及半导体领域。

二、背景技术

现在利用半导体材料进行发电有两种方法：一种方法是利用光伏效应进行发电；另一种方法是利用塞贝克效应进行发电。两种方法虽然都能在闭合回路中形成电流，但各有缺点。利用光伏效应方法制成的半导体光电池发电效果虽然很好，但受天气影响较大，无法不分昼夜阴晴进行全天候发电；也不易安装在移动的用电器内部如手机、车、船、飞机等；并且大面积展开，体面积庞大，使大规模使用成为障碍。利用塞贝克效应制造的半导体发电器，发电部分必须具备温度差，这一条件一般环境不易实现。

下面简要说明现有技术使用半导体材料，利用塞贝克效应进行温差发电的基本原理，以引出本发明的核心构思和更好的理解本发明将要提出的技术方案。根据电子工业出版社出版的由刘恩科、朱秉升、罗晋生编著的《半导体物理学》2010年9月第7版第353页“半导体的温差电动势率”，得知现有技术进行温差发电的基本原理：在均匀掺杂的半导体内部形成均匀温度梯度，导致高温端附近载流子浓度比低温端附近高，因而在半导体上形成载流子的浓度差，载流子便从浓度高的一端向浓度低的一端扩散，从而在半导体的两端形成电势差。因此本发明的核心构思是：利用载流子的浓差扩散形成电动势，但是不利用温度差形成载流子的浓度差。

三、发明内容

(一)发明的目的。为了克服上述两种现有技术发电的缺点，为了使半导体发电应用于飞机、舰船、车辆、手机、导弹、卫星等移动的用电器内部成为可能，为了使半导体发电发展为半导体晶体块发电，为了将自然界中散失的热能能够重新利用，本发明特提供一种：勿需温差，主要利用半导体材料将热能特别是将自然界中散失的热能转化为电能的新的发电方法，并根据这一发电方法制造半导体晶体块发电机。

(二)采用的技术方案。

在提出技术方案以前首先进行推理说明，以清楚发明的由来。无论是电磁感应发电机还是化学电池、太阳能电池、温差发电器等发电体系，发电体系具有电动势是该体系能够产生正、负电荷的结果。要想使某种体系吸热发电，一条技术思路就是利用微观粒子的热运动、并通过消耗微观粒子的热运动动能来产生正、负电荷。在物理学上有这样一条规律，虽然在教科书中没有给出明确的描述，但是大量事实证明：在中性导体中，载流子发生非闭合路径定向运动会破坏导体局部电中性，使导体中产生正、负电荷。根据这一规律，我们可以使载流子因热运动而导致的浓差扩散定向运动产生正、负电荷，因为微粒发生浓差扩散运动一般是非闭合路径运动。通过对材料的选择，认为可以利用半导体材料解决上述问题。

鉴于以上推理，本发明提出：主要使用半导体材料构成用于发电的发电体系，造成有半导体材料所构成的发电体系本身固有载流子的浓度差，从而使载流子由浓度大处向浓度小处扩散，利用载流子因热运动而导致的浓差扩散产生正、负电荷，并使所产生的正、负电荷形成电势差，以两导体为电极分别与形成电势差的发电体系的带正电荷的部位和带负电荷的部位以欧姆接触相联接，使一个电极带上正电荷、另一个电极带上负电荷，用导线联接正、负电极则在导线中产生电流。

所述有半导体材料所构成的发电体系就是所称的半导体发电机。有半导体材料所构成的发电体系即半导体发电机一般主要有半导体材料以及与半导体材料相联接的导体例如金属和机壳封装材料等构成，其具体形状有多种多样，例如有直线形、U形、H形或其它形状等，但是无论怎样的形状和构成都至少具备上述所造成的必要技术特征。

根据上述发电方案，上述的“造成”应如何造成？上述的关键特征技术应进一步再采取什么特征的技术去实现？对于上述半导体发电方法可以进一步选用以下简捷方法实施，其方法是：利用半导体材料载流子的数量、浓度和种类可以通过掺杂及掺杂杂质数量、浓度和种类不同而能够进行改变和规定的特性，或者利用半导体材料与导体材料(例如金属)之间的整流接触，造成有半导体材料所构成的发电体系本身固有载流子的浓度差，例如造成一块半导体所构成的发电体系的该半导体的不同部位存在载流子的浓度差、造成不同半导体与半导体所构成的发电体系的不同半导体之间存在载流子的浓度差、造成以整流接触的半导体与导体所构成的发电体系的半导体与导体之间存在载流子的浓度差，利用载流子因热运动而导致浓差扩散的方法使载流子由浓度大处向浓度小处扩散，引起有半导体材料所构成的发电体系表面层载流子浓度发生变化以破坏其表面的电中性，使有半导体材料所构成的发电体系一部分表面带正电荷、一部分表面带负电荷，并使表面正、负电荷所产生的电场至少一部分分布在发电体系的体外空间即形成发电体系的体外空间电场，从而使有半导体材料所构成的发电体系表面正、负电荷在发电体系体外形成电势差，以两导体(例如金属铜、铝等)为电极分别与在体外具有电势差的发电体系的带正电荷的部位和带负电荷的部位以欧姆接触相联接，使与带正电荷的部位相联接的电极带上正电荷、使与带负电荷的部位相联接的电极带上负电荷，用导线联接正、负电极则在导线中产生电流。

载流子浓差扩散是微观粒子热运动的结果，因此随着电能的产生输出，发电体系将热能转化成了电能而自身要降低温度。发电体系可以靠吸收其周围自然界中散失的热量以平衡与其周围的温度。所以发电体系所产生的电能是由自然界中散失的热能转化而成。

所述载流子的种类是指空穴和电子。所述杂质种类是指施主杂质和受主杂质。

上述“利用半导体材料载流子的数量，浓度和种类可以通过掺杂及掺杂杂质数量、浓度和种类不同而能够进行改变和规定的特性”是说半导体材料中载流子的数量、浓度和种类是由所掺杂质的数量、浓度和种类所决定的。如果对半导体材料掺入施主杂质则半导体材料会成为自由电子浓度较大的电子型半导体即N型半导体。如果对半导体材料掺入受主杂质则半导体材料会成为空穴浓度较大的空穴型半导体即P型半导体。如果对半导体材料所掺杂质的总数越多、浓度越大，则所产生的载流子的总数越多、浓度越大。

根据上述发电方案引起有半导体材料所构成的发电体系表面层载流子浓度发生变化、使发电体系表面带上电荷包括两种较捷径的方法：一是造成有半导体材料所构成的发电体系本身存在载流子的浓度差是包括一部分表面在内的发电体系的一部分与包括另一部分表面在内的发电体系的另一部分之间存在载流子的浓度差，随着载流子从浓度大的一部分向浓度小的一部分扩散，必然导致一部分表面载流子流失，另一部分表面载流子流入，从而引起两部分表面载流子浓度发生变化，破坏了原先两部分表面的电中性，两部分表面上必然带上异号电荷。二、利用带电体内的电荷要向其表面分布的特性，使有半导体材料所构成的发电体系因载流子浓差扩散而在其体内所产生的电荷向其表面分布。这是根据物理学静电学有关规律：带电体静电平衡时电荷只分布在该带电体的外表面上。电场是由电荷产生的。只要有电荷存在，电荷的周围就存在电场。由于本发明使有半导体材料所构成的发电体系表面带上正、负电荷，那么表面正、负电荷所产生的电场必然至少一部分分布在发电体系的体外空间。正、负电荷之间的电势沿其在发电体系体外分布的电场线形成电势梯度即形成电势差。

载流子浓差扩散是微观粒子热运动的结果，由于本发明是造成发电体系本身固有载流子的浓度差，因此利用本发明所制造的发电体系只要有热量即只要载流子能够做无规则热运动发电体系中就会自然发生载流子浓差扩散而与有无温差无关。所以本发明可以将热能直接转化成电能，自然界一般环境皆可适宜。

使发电体系具备电动势，本发明之所以采用的关键技术之一是使有半导体材料所构成的发电体系表面带上正、负电荷并使表面正、负电荷所产生的电场至少一部分分布在发电体系的体外空间，是因为用电器和导线都在发电体系体外，只有分布在发电体系体外的电场才能作用于导线，当导线与发电体系表面正、负电荷接触时，发电体系表面正电荷通过其在体外分布的电场吸引导线中的自由电子、负电荷通过其在体外分布的电场排斥导线中的自由电子、使导线中发生电子流动形成电流。所以发电体系产生的正、负电荷所产生的电场在体系体外分布的部分才是启动导线中电流的电动势，而在体内分布的电场大多数发电体系是有害电场，它会阻碍发电体系正、负电荷的产生并且不能作用于体外的导线。

(三)发明的效果

由于本发明主要利用半导体材料造成有半导体材料所构成的发电体系本身固有载流子的浓度差，利用微观粒子因热运动而导致的浓差扩散形成电动势，因此本发明发电是将热能直接转化为电能，鉴于本发明的如此发电原理，所以利用本发明可以将自然界中散失的热能转化为电能，其意义不言而喻。并且由于本发明的上述发电特点，因此利用本发明进行发电既不需要温差环境也不需要直接接受日光照射，勿需大面积展开大大减小了占地面积，使半导体光照、温差发电发展为半导体晶体块吸热发电，使用本发明其意义还在于可以不分昼夜、阴睛进行全天候发电。由于本发明是靠吸收自然界热量进行发电，因此利用本发明所制造的半导体晶体块发电机可以随用电器的移动而移动。另外，由于半导体晶体块发电无转动部位因此工作极为可靠。

四、附图说明

图1为U形半导体晶体块发电机结构示意图，图中1是P型半导体称为U形发电机的一臂，2是N型半导体称为U形发电机的一臂，3是本征半导体或者是分别与P型半导体和N型半导体以整流接触的金属(称为U形发电机中间部分图中用斜线以与P型半导体和N型半导体区别开)，4为发电机正、负电极，+表示正电荷、一表示负电荷。

图2为一块完整的本身固有一种载流子浓度差的有两个端面的半导体晶体块发电机结构示意图。图中4为发电机正、负电极，A、B分别表示半导体的两个端面，+表示正电荷、-表示负电荷。图2a为一块完整的本身固有一种载流子浓度差的半导体的两端端面在一条直线上互为背面的半导体晶体块发电机。图2b为一块完整的本身固有一种载流子浓度差的半导体的两端端面相互正对、相互平行的半环形半导体晶体块发电机。图2c为一块完整的本身固有一种载流子浓度差的半导体呈U字形的半导体晶体块发电机。

图3为H形半导体发电机结构示意图。+表示正电荷、-表示负电荷。4为发电机正、负电极。

图4为一种组合半导体晶体块发电机组示意图。图中+表示正电荷、-表示负电荷，4为发电机电极，5为导线。

五、具体实施方式

下面根据上述半导体发电方法说明几种优选实施方式并优选几种具体的半导体发电机进行举例说明。

(一)根据上述发电方案使用半导体材料利用载流子浓差扩散的方法进行发电一种优选的实施方式是：利用半导体材料载流子的浓度和数量可以通过所掺杂质的浓度和数量来决定的特性，也就是说利用半导体材料具有所掺杂质的浓度越大所产生的载流子浓度也越大，所掺杂质浓度越小所产生的载流子浓度也越小的特性，利用半导体掺杂工艺，通过对用来制造半导体发电机的一块完整的本征半导体进行一种杂质的掺杂，造成该半导体所构成的发电体系(包括半导体表面)存在一种载流子的浓度差，使该半导体中包括表面的载流子从浓度大处向浓度小处扩散，引起半导体两部分表面该种载流子浓度发生变化，使该种载流子浓度大的表面该种载流子浓度减小、该种载流子浓度小的表面该种载流子浓度增大，从而破坏了两个面原先的电中性，使该半导体的一部分表面带上正电荷、另一部分表面上带上负电荷，由于半导体的表面带有电荷，那么表面电荷所产生的电场必然至少一部分分布在半导体的体外、从而使半导体表面正、负电荷在半导体体外建立电势差，用两金属为电极分别与该半导体具有电势差的表面带有电荷的部位以欧姆接触相联接，则与表面带正电荷的部位相联接的电极带上正电荷是发电机正极、与表面带负电荷的部位相联接的电极带上负电荷是发电机负极。上述所说的“引起半导体两部分表面该种载流子浓度发生变化”一般是由两种原因导致的：一是由于造成了包括表面在内存在一种载流子的浓度差，必然导致半导体两部分表面的载流子流失与流入；二是半导体中发生载流子扩散后半导体的两部分成为带等量异号电荷的带电体，根据物理学静电学有关规律：带电体静电平衡时电荷只分布在该带电体的外表面上，因此半导体两部分中的电荷都要分别向其所在部分的表面层运动进一步改变了半导体两部分表面载流子的浓度。

上述实施方式中造成半导体中一种载流子的浓度差包括两种具体的实施形式：一种是对半导体进行一种杂质的不均匀掺杂。利用半导体掺杂工艺，通过对用来制造半导体发电机的一块完整的本征半导体进行一种杂质的掺杂，使该半导体包括表面一部分杂质浓度高、另一部分包括其表面杂质浓度低，从而造成该半导体中包括两部分表面在内存在一种载流子的浓度差。另一种是对半导体进行一种杂质的部分掺杂。利用半导体掺杂工艺，通过对用来制造半导体发电机的一块完整的本征半导体进行一种杂质的掺杂，使该半导体中包括表面一部分成为掺杂半导体另一部分不掺杂仍是本征半导体，从而造成该半导体的两部分之间包括两部分表面在内存在一种载流子的浓度差。

举例说明。下面优选几种利用上述方法所制造的半导体晶体块发电机的具体形式。

例1、一种一块完整的本身固有一种载流子浓度差的有两个端面的半导体晶体块发电机，它是一块有两个端面的完整的具有单晶体结构的本征半导体晶体块，利用半导体掺杂工艺经过对其进行一种杂质的掺杂，所掺杂质从该半导体的一端端面开始向另一端端面呈均匀或非均匀的浓度梯度，使该半导体发电体系经过该种杂质的掺杂后所产生的一种载流子从该半导体的一端端面向另一端端面呈均匀或非均匀的浓度梯度，从而使该半导体发电体系本身固有一种载流子的浓度差，载流子便从高浓度端向低浓度端扩散，经过载流子的浓差扩散后半导体的一部分表面层带有正电荷，一部分表面层带有负电荷，以两金属为电极分别与带有正、负电荷的面以欧姆接触相联接，与带正电荷的面相联接的电极带上正电荷为发电机正极、与带负电荷的面相联接的电极带上负电荷为发电机负极。该半导体的具体形状有多种多样，下面列举三种：一种是一块完整的本身固有一种载流子的浓度差的半导体的两端端面在一条直线上互为背面的半导体晶体块发电机，见图2a所示的形状；一种是一块完整的本身固有一种载流子的浓度差的半导体的两端端面相互正对、相互平行的半环形半导体晶体块发电机，见图2b所示的形状；一种是一块完整的本身固有一种载流子的浓度差的半导体是U字形，两臂相互正对、相互平行，正对面积相等的半导体晶体体块发电机，见图2c所示的形状。

例2一种一块完整的本身固有一种载流子的浓度差有两个端面的半导体晶体块发电机，它是一块有两个端面的完整的具有单晶体结构的本征半导体晶体块，利用半导体掺杂工艺对包括一个端面在内的一部分半导体进行一种杂质的掺杂，使之成为掺杂半导体，包括另一个端面在内的另一部分半导体不掺任何杂质仍保持本征半导体，使该半导体发电体系两部分包括各部分端面存在一种载流子的浓度差，经过载流子的浓差扩散后半导体的一部分表面层带有正电荷一部分表面层带有负电荷，以两金属为电极分别与带有正、负电荷的面以欧姆接触相联接。与带正电荷的面相联接的电极带上正电荷是发电机的正极，与带负电荷的面相联接的电极带上负电荷是发电机的负极。该半导体发电机的半导体的具体形状有多种多样，下面列举三种：一种是一块完整的本身固有一种载流子的浓度差半导体的两端端面在一条直线上互为背面的半导体晶体块发电机，见图2a所示的形状；一种是一块完整的本身固有一种载流子的浓度差半导体的两端端面相互正对、相互平行的半环形半导体晶体块发电机，见图2b所示的形状；一种是一块完整的本身固有一种载流子的浓度差半导体呈U字形，两臂相互正对、相互平行、正对面积相等的半导体晶体块发电机，见图2c所示的形状。

下面说明上述例1和例2所列举的三种形状的半导体晶体块发电机的制造方法和工作原理。以本征硅掺磷原子为例说明。

参看附图2a，图2a所示的一块完整的单晶体本征半导体硅利用现有掺杂工艺使该半导体自A面至B面磷原子呈均匀的浓度梯度(或者包括端面A在内的上部分掺磷原子使之成为高掺杂电子型半导体包括端面B在内的下半部分不掺杂)，这样由于该半导体所构成的发电体系已经存在自由电子浓度差，则自由电子从浓度大的端面A开始向浓度小的端面B扩散，从而使端面A和端面B自由电子的浓度都发生了变化，端面A自由电子浓度减小端面B自由电子浓度增加，从而破坏了原先两端面的电中性，使A端表面带正电荷B端表面带负电荷。两端面正、负电荷所产生的电场一部分分布在半导体体外。一部分分布在半导体体内，分布在体内的电场用以维持扩散运动与漂移运动的动态平衡，分布在体外的电场形成发电机引发导线中电流的电势差。由于金属电极与电荷集中聚集的较厚的电荷层相接触，与带正电荷的A端面相接触的电极必然带上正电荷是发电机正极，与带负电荷的B端面相联接的电极必然带上负电荷是发电机负极。用导线联接带异号电荷的正、负电极则在导线中产生电流。

图2b所示的一块完整的半环形单晶体本征半导体硅，利用现有掺杂工艺使该半导体从A面至B面磷原子呈均匀的浓度梯度(或者包括端面A在内的一半掺磷原子使之成为高掺杂电子型半导体包括端面B在内的另一半不掺杂)从而造成了该半环形半导体所构成的发电体系本身固有了自由电子的浓度差，自由电子从浓度大的A面开始向自由电子浓度小的端面B扩散直至扩散到B端面，从而使端面A和端面B自由电子的浓度都发生了变化，端面A自由电子浓度减少端面B自由电子浓度增加，从而破坏了原先两端面的电中性，使A端面带正电荷B端面带负电荷。由于半环形半导体晶体块两端面相互正对的特殊造形，两端面所带的异号电荷所产生的电场除边缘效应外主要分布在二者相互正对的体外空间，因此该电场不会影响扩散运动。所以体积相同掺杂浓度和总数相同的半导体，图2b比图2a因载流子浓差扩散所产生的电量要多，所形成的电动势也大，发电功率也大。由于两端正负电荷在二者之间的空间建立体外电场，因此两端电荷在体外建立电势差。由于金属电极与两端面电荷集中聚集的较厚的电荷层相接触，则与带正电荷的A端面相接触的金属电极必然带上正电荷是发电极正极，与带负电荷的B端面相接触的金属电极必然带上负电荷是发电机负极，用导线联接带电荷的正负电极则在导线中产生电流，随着电流的流动。A端得到电子B端失去电子，AB两端又有了自由电子的浓度差，自由电子继续发生浓差扩散，以维持导线中持续的电流，随着自由电子持续热扩散发电体系要降低温度，它可以靠吸收其周围自然界热量以平衡与其周围的温度。发电体系所产生的电能是通过消耗载流子热运动动能转化而成，因此本发明发电是将热能转化成电能。

图2C所示的一块完整的U字形单晶体本征半导体硅利用现有掺杂工艺使该U形半导体自A面至B面磷原子呈均匀的浓度梯度(或者包括端面A在内的一半掺磷原子使之成为高掺杂电子型半导体、包括端面B在内的另一半不掺杂)，经过上述掺杂后造成了该U形半导体所构成的发电体系本身固有了自由电子的浓度差，自由电子从浓度大的端面A开始向浓度小的端面B扩散，导致包括端面A在内的一半半导体和包括端面B在内的另一半半导体自由电子浓度都发生了变化。结果包括端面A在内的一半半导体带正电荷，包括端面B在内的另一半半导体带负电荷。由于U形半导体两臂相互平行，相互正对的特殊几何形状，因此两臂上的电荷都要向两臂相互平行、相互正对的面分布，使经过自由电子浓差扩散后所产生的电荷主要分布在U形半导体两臂相互正对的面上，A端面所在的一臂带正电荷B端面所在的一臂带负电荷。以两金属为电极分别与两臂相互正对的电荷集中聚集的带有电荷的面以欧姆接触相联接，与带正电荷的面相联接的电极带上正电荷是发电机正极与带负电荷的面相联接的电极带上负电荷是发电机负极，用导线联接带电荷的发电机正负极则在导线中产生电流。随着电流的流动，A端面所在的一臂得到电子B端面所在的一臂失去电子，则两臂半导体又存在自由电子的浓度差，自由电子在U形半导体中继续发生浓差扩散以维持导线中持续的电流。随着自由电子持续热扩散发电体系要降低温度，它可以靠吸收其周围自然界热量以平衡与其周围的温度。

例3一种H形半导体晶体块发电机，它是一块完整的具有单晶体结构的外形为H形的本征半导体，相互正对的两部分半导体相互正对、相互平行，中间部分半导体的横切面积小于相互正对的两部分的两正对面面积并与相互正对的两部分半导体两正对面中心位置垂直相联接，相互正对的半导体两正对面除与中间部分的连接处以外四周都有余面。利用现有的半导体掺杂工艺对该H形本征半导体进行一种杂质的掺杂，该H形的半导体所掺杂质自左向右或自右向左呈均匀的浓度梯度或者相互正对的两部分中的一部分及中间部分是掺有杂质的掺杂半导体、另一部分是未掺杂的本征半导体。经过上述对该H形本征半导体进行一种杂质的掺杂后，造成了该H型半导体所构成的发电体系本身固有了一种载流子的浓度差即该H型半导体相互正对的两部分之间存在一种载流子的浓度差，经过该种载流子的浓差扩散后相互正对的两部分半导体正对面上会带有异号电荷，有两金属电极分别与该H形半导体相互正对的两部分半导体两正对面以欧姆接触相联接，与带正电荷的面相联接的电极带上正电荷是发电机正极与带负电荷的面相联接的电极带上负电荷是发电机负极。

以H形本征半导体硅掺磷原子为例说明其工作原理，为了方便可以参照图3所示的形状予以说明。利用现有半导体掺杂工艺对该H形本征半导体掺磷原子，使磷原子在H形半导体中自左向右呈均匀的浓度梯度或者左边部分及中间部分高掺杂磷原子、右边部分是本征半导体，经过上述磷原子的掺杂后，造成了如图3所示的H形半导体自左向右具备了自由电子的浓度差。因此自由电子会自左向右扩散，由此整块H形半导体包括表面在内的自由电子浓度都在发生变化，自由电子扩散的最后结果图3中左边一块半导体带上正电荷、右边一块半导体带上负电荷。由于左右两部分半导体相互平行相互正对，两部分半导体所带的电荷都向相互正对的面上分布，进一步改变了左右两部分半导体相互正对的面的自由电子浓度，结果自由电子因浓差扩散所产生的电荷主要分布在H形半导体相互正对的两部分半导体正对面的表面层里。由于所产生的正、负电荷相互正对，因此两种电荷所产生的电场主要分布在两者之间的空间，从而使该H形半导体发电体系因自由电子浓差扩散所产生的正、负电荷在发电体系的体外建立了电势差。有两金属电极与相互正对的两部分半导体分别带有正、负电荷层的两个正对面以欧姆接触相联接，与图3所示的左边的半导体相联接的电极带上正电荷是发电机正极，与右边的半导体相联接的电极带上负电荷是发电机负极。用导线联接发电机正、负电极则在导线中产生电流。随着电流的流动，左边半导体得到电子右边半导体失去电子，发电体系又具备了自由电子的浓度差，自由电子继续自左向右扩散以维持导线中持续的电流。随着自由电子的持续热扩散发电体系要降低温度，它可以靠吸收周围自然界热量以平衡与其周围的温度。

例4，一种组合半导体晶体块发电机组，图4为其结构示意图。它是由若干块体积、大小、形状都相等一样的方形半导体一块块并排在一起组合而成，块与块之间相隔较近但彼此绝缘、相互正对、相互平行且所含杂质种类相同，每块半导体都含有一种杂质其杂质从用来与其它半导体相互对着的一个面向用来与其它半导体相互对着的另一个面呈均匀的浓度梯度或者一半是含有一种杂质的高掺杂半导体另一半是本征半导体，这样每块半导体都固有一种载流子的浓度差，载流子浓差扩散后每块半导体其中互为背面的两个面中的一个面带上正电荷另一个面带上负电荷，各半导体晶体块进行排列时每块半导体带正电荷的面与另一块半导体带负电荷的面相互正对，以一金属为电极与一块半导体带正电荷的面以欧姆接触相联接作为该块半导体发电机的正极，以一金属为电极与该块半导体带负电荷的面以欧姆接触相联接作为该块半导体发电机的负极，将所有半导体发电机的正极以并联的联接方式联在一条导线上作为发电机组的总正极、将所有半导体发电机的负极以并联的联接方式联在一条导线上作为发电机组的总负极。本组合半导体晶体块发电机组的每块半导体发电机的发电原理与本部分例1和例2图2a所述的半导体晶体块发电机的发电原理一样(可参看上述图2a发电原理的说明)。有所不同的是一块块半导体并排在一起组合发电会产生更好的功率效果。该组合半导体发电机除第一块和最后一块半导体发电机外其余每块半导体发电机的功率都大于同体积同掺杂的本部分例1和例2所述的图2a单块半导体独立发电的功率。因为所述的图2a单块半导体独立发电，半导体中载流子因浓差扩散产生的正、负电荷所产生的电场大部分分布在半导体以内，这部分电场将阻止载流子的扩散运动、载流子因浓差扩散所产生的电荷量与载流子扩散运动不受阻碍相比要少的多。当每块半导体组合并排在一起共同发电时，由于相邻的每两块半导体上分别带正、负电荷的面相互平行，相互正对、在彼此绝缘的情况下靠得很近，像串联电容器一样，因此一块半导体上的正电荷与另一块半导体上的负电荷要相互吸引，正负电荷所产生的电场主要分布在两块相邻半导体相互正对的空间。因此各半导体与同体积同掺杂浓度和数量的图2a单块半导体发电机相比载流子因浓差扩散所产生的电量要多，形成的电势差要大，发电功率也大，总体发电功率大。为了使第一块与最后一块半导体中电场不阻碍载流子的扩散，可将一块块半导体排成无头无尾的环形。

上述所说的对一块完整的单晶体本征半导体进行一种杂质的掺杂造成一种载流子浓度差是指对所述的该本征半导体要么掺施主杂质造成该半导体中自由电子的浓度差，要么掺受主杂质造成该半导体中空穴的浓度差，不能使所述的该半导体中既存在自由电子的浓度差又存在空穴的浓度差。

(二)根据上述发电方案，主要使用半导体材料利用载流子浓差扩散的方法进行发电一种优选的实施方式是：通过设计制造使有半导体材料所构成的发电体系具有两部分表面隔空相对的特殊几何形状(隔空相对就是两部分表面能够隔着空间相互对着，相互对着的两个面可以是平行相对，也可以是非平行相对，例如发电体系切面为U字形，V字形、抛物线形等都有两个面能够隔空相对)，利用半导体材料载流子的数量、浓度和种类可以通过掺杂及掺杂杂质数量、浓度和种类不同而能够进行改变和规定的特性，或者利用半导体材料与金属材料之间的整流接触，造成有半导体材料所构成的发电体系隔空相对的两部分中的一部分与发电体系的其它部分相比自由电子浓度大导致其自由电子扩散流失而带正电、造成隔空相对的另一部分与发电体系的其它部分相比自由电子浓度小或者空穴浓度大导致电子流入而带负电，由于隔空相对的两个面隔着空间相互对着正负电荷隔空相吸，因此载流子因浓差扩散所产生的正、负电荷至少一部分分别分布在发电体系隔空相对的两部分相互对着的表面上，从而使发电体系隔空相对的两部分表面上的正、负电荷所产生的电场主要分布在它们相互对着之间的空间，使发电体系两部分表面上的正、负电荷在它们相互对着的空间建立电势差，以两导体为电极分别与在体外具有电势差的发电体系的带正电荷的部位和带负电荷的部位以欧姆接触相联接，使与带正电荷的部位相联接的电极带上正电荷、使与带负电荷的部位相联接的电极带上负电荷，用导线联接正、负电极则在导线中产生电流。上述发电体系一种优选的几何形状是上述隔空相对的两个面像平行板电容器电场那样主要分布在带电体相互正对之间的空间，上述发电体系横切面为U形的就是一种优选的形状。

该方法由于使因载流子浓差扩散产生的正、负电荷所产生的电场主要分布在发电体系的体外，因此该方法会使载流子因浓差扩散产生的正、负电荷所产生的电场不阻碍载流子的扩散运动，与载流子因浓差扩散所产生的正、负电荷所产生的电场阻碍载流子的扩散运动(例如PN结)相比可大大提高载流子的扩散数量，提高因载流子浓差扩散所产生的电量，从而大大提高因载流子浓差扩散产生的正、负电荷之间形成的电势差，进而提高发电功率。

举例说明，下面列举两种优选的利用上述方法所制造的半导体晶体块发电机的具体形式。

例1，一种U形半导体晶体块发电机其构成发电体系即发电机的半导体晶体块外形为U形并且是完整的半导体晶体块，其两臂相互正对、相互平行，(其更优选的形状为两臂相互正对的面为平面并且正对面积相等，两臂体积相等，外形均匀、断面为方形。)两臂中的一臂为P型半导体、另一臂为N型半导体，P型半导体中空穴浓度和总数与N型半导体中自由电子浓度和总数相等，与两臂相联接的U字形中间部分不掺杂仍为本征半导体，这样使有半导体所构成的发电体系即U形半导体晶体块本身固有载流子的浓度差，两金属电极分别与两臂半导体相互正对的带电荷的两个面以欧姆接触相联接，与N型半导体相联接的金属电极带上正电荷为发电机正极，与P型半导体相联接的金属电极带上负电荷为发电机负极。

图1为例1所述的U形半导体晶体块发电机结构示意图。图中1是P型半导体它称为U形半导体一臂，2是N型半导体它也称U形半导体的一臂，3是本征半导体它称为U形半导体中间部分，4是发电机正、负电极。

下面说明上述半导体发电机的制造方法，在此按照优选方案以硅为例说明。在一块完整的、横切面为方形的、粗细均匀的具有单晶体结构的U形本征半导体硅晶体中(包括表面)，利用现有的半导体掺杂工艺，对该U形半导体硅两臂中的一臂掺入施主杂质，使之成为掺杂均匀的N型半导体如图1中的2所示。对该U形半导体两臂中的另一臂掺入受主杂质使之成为掺杂均匀的P型半导体如图1中的1所示。该U形半导体中间部分不掺杂仍保持纯净的本征半导体如图1中的3所示。为了增大发电机输出功率及使金属电极与半导体之间形成良好的欧姆接触，P型半导体和N型半导体都要尽可能高掺杂。为了使两臂因掺杂所产生的载流子数相等，两臂所掺杂质数量相等。利用半导体材料载流子的浓度和种类可以通过掺杂及掺杂杂质数量、浓度和种类不同能够进行改变和规定的特性，使U形半导体的一部分成为空穴浓度较高的P型半导体，一部分成为自由电子浓度较高的N型半导体，而U形半导体中间部分不掺杂，从而造成了一块完整的U形半导体发电体系的不同部位之间固有了空穴载流子的浓度差和自由电子载流子的浓度差，为了使空穴和自由电子扩散到U形半导体不掺杂的中间部分的本征半导体中迅即相互吸引而复合掉，在制造时使不掺杂的中间纯净半导体部分在载流子扩散方向上的长度越短越好。

下面说明上述半导体发电机形成电动势并能在导线中产生电流的原理。完整的U形纯净半导体硅的两臂进行掺杂后，由于两臂中的一臂P型半导体中空穴浓度远远大于未掺杂的纯净半导体中空穴浓度，因此P型半导体中(包括表面)的空穴要向纯净半导体中扩散，使P型半导体中空穴数量减少，由于带正电荷的空穴的离去，P型半导体成为带负电荷的带电体，其中其表面层空穴数量也随之减少，从而引起P型半导体表面层空穴载流子浓度发生变化，带正电荷的空穴减少，破坏了其表面原先的电中性，使P型半导体包括表面带上负电荷。根据物理学静电学有关规律，带电体静电平衡时电荷只分布在该带电体的外表面上，因此带负电荷的P型半导体中的负电荷要向其表面层运动，从而进一步改变了该P型半导体表面层空穴载流子的浓度，表面层空穴数进一步减少，表面层所带的负电荷数增加。同理，由于U形半导体发电机两臂中的另一臂N型半导体中自由电子浓度远远大于未掺杂的纯净半导体中自由电子浓度，因此N型半导体中包括表面的自由电子会向纯净半导体中扩散，使N型半导体中自由电子数量减少，由于N型半导体中自由电子的离去使原先呈电中性的N型半导体成为带正电荷的带电体。其中其表面层自由电子数量也随之减少，从而引起N型半导体表面层自由电子浓度发生变化，表面层自由电子数减少，破坏了其原先的电中性，使N型半导体包括表面带上正电荷。由于带电体静电平衡时电荷只分布在带电体外表面上，因此N型半导体中的正电荷要向其表面层运动，进一步使N型半导体表面层自由电子减少表面层正电荷数量增加。由于U形半导体发电机特殊的几何造型设计使P型半导体和N型半导体相互正对，因此这一规定使P型半导体与N型半导体上的电荷主要分别分布在二者相互正对的两个面上相互对着即隔空相对。这样P型半导体与N型半导体的构成与平行板电容器很相似。N型半导体上的正电荷与P型半导体上的负电荷要在二者之间的空间产生电场，其电场主要分布在二者相互正对的空间，从而建立了U型半导体发电体系体外空间电场，电场方向由N型半导体的正电荷指向P型半导体上的负电荷。因而P型半导体和N型半导体在体外空间建立了电势差。由于P型半导体与N型半导体相互正对的特殊造型使载流子因浓差扩散产生的电荷所产生的电场既不影响载流子扩散运动产生的电荷量大，又使所产生的电荷集中聚积在P型半导体和N型半导体相互正对的正对面表层上，并且由于二者都是高掺杂，因此P型半导体和N型半导体正对面上所形成的电荷层较厚，所以金属电极分别与P型半导体和N型半导体相互正对面上电荷层的接触会形成良好的欧姆接触，与P型半导体负电荷层相接触的金属电极必然带上负电荷是发电机的负极，与N型半导体正电荷层相接触的金属电极必然带上正电荷是发电机的正极。P型半导体和N型半导体所带电荷的电荷层厚度即带电量多少还与二者体积有关。在相互正对的面的面积一定杂质浓度一定的情况下，大大增大P型半导体和N型半导体二者的体积，可大大增加二者正对面所带电荷的电荷层厚度使金属电极与半导体的欧姆接触更良好，大大提高带电量，进而大大提高P型半导体和N型半导体之间所形成的电势差、提高发电机发电功率。由于P型半导体带正电荷的空穴和N型半导体带负电荷的自由电子同时向纯净半导体中扩散，由于正、负电荷相互吸引，空穴和电子同时进入纯净半导体后迅即相互吸引加速扩散速率并加速相互靠拢复合。由于P型半导体与N型半导体掺杂数量一样，因掺杂所产生的载流子浓度和总数一样，因此二者分别扩散到纯净半导体中的空穴和自由电子数量相等，所以在纯净半导体中扩散来的空穴和自由电子相互中和空穴被电子复合掉，使纯净半导体呈电中性。由于扩散后产生的正、负电荷所建立的电场主要分布在P型半导体与N型半导体相互正对的空间，因此电场不会影响P型半导体和N型半导体载流子分别向纯净半导体中的扩散运动。因此P型半导体中由于掺杂所产生的空穴和N型半导体因掺杂所产生的自由电子几乎全部扩散到纯净半导体中而复合掉，因此P型半导体和N型半导体经载流子扩散后所产生的电荷量几乎是全部所掺杂质的杂质离子所带的电量，与同体积同杂质浓度的半导体的PN结所形成的电荷层相比要厚的多。如果用联有用电器的导线连接发电机的分别带有正、负电荷的正负电极，则在导线中有电流通过，由于电流的流动，N型半导体得到电子则N型半导体自由电子浓度又加大，而P型半导体失去电子则P型半导体空穴浓度又加大，它们分别与纯净半导体之间又有了载流子的浓度差，P型半导体中的空穴、N型半导体中的自由电子又会向纯净半导体中扩散以此维持了导线中电流的持续流动。其电能的产生是载流子因热运动而导致的浓差扩散的结果，其电能是通过消耗载流子热运动动能转化而成，因此随着电能的产生输出该U形半导体发电机温度逐渐降低，发电机可以靠吸收其周围热量以平衡与其周围环境的温度。

例2，一种U形半导体晶体块发电机其外形为U形，两臂相互正对、相互平行，(其更优选形状为两臂相互正对的面为平面并且正对面积相等、两臂体积相等、外形均匀断面为方形。)其中一臂为P型半导体另一臂为N型半导体，P型半导体中空穴浓度和总数与N型半导体中自由电子浓度和总数相等；分别与两臂相互垂直并以整流接触相联接的U字形中间部分为一金属，其接触面积相等、接触相互吻合；两金属电极分别与两臂半导体相互正对的带异号电荷的两个面以欧姆接触相联接，与N型半导体相联接的金属电极带正电荷为发电机正极、与P型半导体相联接的金属电极带负电荷为发电机负极。

例2所述的U型半导体晶体块发电机与例1所述的U型半导体晶体块发电机形成电动势并能在导线中产生电流的原理基本一样，为了节约篇幅在此只作简要说明。由于该U形发电机中间部分金属与两臂半导体都是整流接触，由于半导体表面存在表面态的缘故，因此有两种半导体与金属所构成的发电体系本身固有了载流子的浓度差，P型半导体中空穴要向金属中扩散，N型半导体中的自由电子同时也要向金属中扩散，扩散到金属中空穴和电子相互吸引加速靠拢中和使金属不显电性。由于载流子的浓差扩散，P型半导体上带上负电荷，N型半导体上带上正电荷。由于二种半导体相互正对，因此因载流子浓差扩散所产生的电荷主要分布在二种半导体相互正对的表面上，两正对面上电荷所产生的电场主要分布在二者相互正对之间的空间，从而使P型半导体上的负电荷与N型半导体正电荷在体外形成电势差，由于两金属电极分别与P型半导体带负电荷的面及N型半导体带正电荷的面以欧姆接触相联接，因此与P型半导体相联接的电极带上负电荷，与N型半导体相联接的电极带上正电荷。用导线联接正、负电极则在导线中产生电流。

图1也是例2所述的半导体晶体块发电机结构示意图。图中1是P型半导体是U形发电机的一臂，2是N型半导体也是U形发电机的一臂，3是分别与P型半导体和N型半导体以整流接触的金属可称为U形发电机中间部分，4为发电机正、负电极。

(三)根据上述发电方案主要使用半导体材料利用载流子浓差扩散的方法进行发电一种优选的实施方式是：通过设计制造使有半导体材料所构成的发电体系外形为H形，H形发电体系的中间部分的横断面面积分别小于相互正对的两部分的两正对面面积，相互正对的两部分的两正对面除与中间部分的联接处以外四周都有余面，利用半导体材料载流子的数量、浓度和种类可以通过掺杂及掺杂杂质数量、浓度和种类不同而能够进行改变和规定的特性或者利用半导体材料与金属材料之间的整流接触，造成有半导体材料所构成的H形发电体系相互正对的两部分之间存在载流子的浓度差或者造成相互正对的两部分分别与中间部分之间存在载流子的浓度差，使相互正对的两部分中的一部分与中间部分相比自由电子浓度大、使相互正对的两部分中的另一部分与中间部分相比自由电子浓度小或空穴浓度大，由于造成如此的载流子的浓度差，载流子发生浓差扩散必然导致H形发电体系相互正对的两部分中的一部分电子流失、另一部分电子流入，从而使H形发电体系相互正对的两部分中的一部分带正电荷、另一部分带负电荷，由于两部分相互正对使正负电荷隔着空间能够相互吸引，因此使相互正对的两部分上的电荷主要分布在相互正对的两正对面上，从而使带有异号电荷的相互正对的两个正对面上的异号电荷在二者之间的空间产生电场，则使发电体系两正对面上的正、负电荷在它们相互正对的空间建立电势差，以两金属(例如铜、铝等)为电极分别与具有电势差的带有异号电荷的两个相互正对的面以欧姆接触相连接，与带正电荷的面相联接的电极带正电荷是发电机的正极，与带负电荷的面相联接的电极带上负电荷是发电机的负极，用导线联接发电机正负极则在导线中产生电流。

举例说明，下面列举几种优选的利用上述方法所制造的半导体晶体块发电机的具体形式。

例1是一种H形半导体晶体块发电机，构成该发电机的半导体是一块完整的外形为H形的半导体晶体块，该H形半导体晶体块是由体积相等、相互正对、相互平行、正对面积相等、正对面的形状一样、载流子浓度和总数相等的高掺杂P型半导体和高掺杂N型半导体以及在该P型半导体和该N型半导体中间且横断面积小于该两种半导体正对面面积并分别与该两种半导体垂直联接的本征半导体构成，这样P型半导体和N型半导体以及本征半导体所构成的发电体系本身固有了载流子的浓度差，有两金属电极分别与P型半导体和N型半导体相互正对的带电荷的两个面以欧姆接触相联接，与N型半导体相联接的电极带上正电荷是发电机正极与P型半导体相联接的电极带上负电荷是发电机负极。

图3为H形半导体晶体块发电机结构示意图。

上述发电机的制造方法和发电原理是这样的，对一块完整的具有单晶体结构的H形本征半导体利用现有的半导体掺杂工艺进行掺杂，对该H形半导体相互正对的两部分中的一部分包括其表面假设是图中左边一部分均匀高掺杂受主杂质使之成为高掺杂P型半导体，对该H型半导体相互正对的两部分中的另一部分包括其表面图中右边一部分均匀高掺杂施主杂质使之成为高掺杂N型半导体，两种半导体所掺杂质种类不同但所掺杂质数量相等以使二者因掺杂而产生的载流子浓度和总数相等。与P型半导体和N型半导体垂直相联的横断面积小于P、N半导体正对面面积的该H型半导体的中间部分不掺任何杂质仍保持纯净的本征半导体。这样造成了三种半导体构成的发电体系固有了载流子的浓度差。由于P型半导体中空穴浓度远远大于纯净半导体中空穴浓度，因此P型半导体中包括其表面的空穴要向纯净半导体中扩散，引起P型半导体表面层载流子浓度发生变化即表面层空穴浓度减少，由于P型半导体原先为电中性随着P型半导体中带正电荷的空穴的离去，因此P型半导体成为带负电荷的带电体。由于带电体静电平衡时电荷只分布在带电体的外表面上，因此P型半导体中的负电荷要向表面层运动，进一步使P型半导体表面层空穴浓度减小，使P型半导体表面层带上负电荷。同理由于N型半导体中自由电子浓度远远大于纯净半导体中自由电子浓度，因此N型半导体中包括其表面自由电子要向纯净半导体中扩散，引起N型半导体表面层载流子浓度发生变化即表面层自由电子浓度减少，由于N型半导体原先为电中性随着N型半导体中自由电子的离去，因此N型半导体成为带正电荷的带电体，并且该正电荷也要向其表面层运动，进一步使N型半导体表面层自由电子浓度减小，使N型半导体表面层带上正电荷。由于P型半导体与N型半导体相互正对，因此P型半导体与N型半导体上的电荷主要分布在二者相互正对的两个正对面上。N型半导体上的正电荷与P型半导体上的负电荷二种电荷所产生的电场主要分布在二者之间空间，从而使发电体系建立了体外空间电场，N型半导体与P型半导体在体外空间建立了电势差。由于P型半导体和N型半导体都是高掺杂半导体，二者相互正对的面是电荷集中聚积的较厚的电荷层，因此用两金属作为电极分别与P型半导体和N型半导体相互正对的面的接触会形成良好的欧姆接触，与N型半导体相接触的电极会带上正电荷使发电机正极，与P型半导体相接触的电极会带上负电荷使发电机负极。

由于带正电荷的空穴和带负电荷的电子同时向纯净半导体中扩散，正负电荷相互吸引空穴和电子迅速靠拢复合。由于P型半导体空穴浓度和总数与N型半导体自由电子浓度和总数相等，因此从P型半导体和N型半导体扩散到纯净半导体中的空穴和电子数相等而复合掉，因此该H型半导体晶体块发电机中间的纯净半导体不显电性。用导线联接发电机的正负电极则在导线中产生电流。

例2，一种H形半导体晶体块发电机是由两块体积相等、主要载流子浓度和总数相等、有两个面相互正对、相互平行且正对面积大小相等形状一样的P型半导体和N型半导体，以及相互正对的两个面中间是一块横切面积小于该两种半导体正对面面积并分别与该两种半导体以整流接触且垂直相连接的金属构成；由于整流接触，P型半导体中空穴、N型半导体中自由电子都要同时向金属中扩散，因此两种半导体与以整流接触的金属所构成的发电体系本身固有载流子的浓度差；以两金属为电极分别与P型半导体和N型半导体相互正对的带电荷的两个面以欧姆接触相联接，与N型半导体相联接的电极带正电荷是发电机正极，与P型半导体相联接的电极带负电荷是发电机负极，图3为其结构示意图。

参看图3由于P型半导体图3中左边一部分和N型半导体图3中右边一部分与其中间的金属的接触是整流接触、由于半导体表面存在表面态的缘故，因此P型半导体中的空穴和N型半导体中的自由电子都同时向金属中扩散，则在金属中同时扩散来的带正电荷的空穴和带负电荷的电子相互吸引加速了扩散速率并且空穴和电子迅速复合掉。由于两种半导体中主要载流子的扩散流失，使P型半导体带上负电荷，N型半导体带上正电荷。由于两者相互正对，因载流子扩散所产生的电荷主要分布在两种半导体相互正对的面上，两种电荷所产生的电场也主要分布在两正对面之间的空间，从而使两种半导体在体外建立电势差，由于两金属电极分别与P型半导体和N型半导体相互正对的电荷层以欧姆接触相联接，因此与N型半导体相联接的电极带上正电荷是发电机正极、与P型半导体相联接的电极带上负电荷是发电机负极，用导线联接发电机正负极则在导线中产生电流。

下面谈谈提高半导体发电机单机功率的方法。

发电机的输出功率等于发电机输出电流与发电机电动势的乘积。

1、半导体发电机电动势是由载流子浓差扩散所形成的，半导体发电机电动势的大小与载流子浓度差的大小成正比。因此提高半导体发电机单机功率的方法之一，是加大有半导体材料所构成的发电体系中载流子的浓度差数值，从而提高载流子的扩散速率和单位时间内的扩散数量，以提高半导体发电机的电动势和输出电流。载流子的浓度差越大形成的电势差越大输出的电流越大则功率越大。为此半导体发电机中具有载流子浓度差的半导体，载流子高浓度部分尽可能高掺杂、载流子低浓度部分要低掺杂或不掺杂。

2、加大半导体发电机的体积。半导体发电机体积加大后，半导体掺杂部分的体积随之加大，载流子的总数量随之增多扩散的载流子总数增加，用以维持导线中电流的扩散电流量增加，发电机输出电流增大，发电机功率增大。

3、对于具有电势差的相互正对的两部分的半导体发电机，可将相互正对的两部分、制成长幅，再将两长幅仍保持相互正对的距离卷成柱体，就像纸质电容器那样，这样可制成大功率半导体发电机。

4、对于具有电势差的相互正对的两部分的半导体发电机(例如相互正对的部分是P型半导体和N型半导体)在制造时可以通过加大分别带有正、负电荷的具有电势差的相互正对的两部分之间的距离，以提高分别带有正、负电荷的相互正对的两部分之间的电势差，从而提高发电机电动势。以U形半导体发电机相互正对的两部分是P型半导体和N型半导体中间底部为纯净半导体为例说明以上方法能够提高电势差的原因。由于P型半导体和N型半导体相互正对、相互平行，正对面积相等，二者体积相等载流子浓度和总数相等，因此经过P型半导体向纯净半导体中扩散空穴和N型半导体向纯净半导体中扩散自由电子之后，则P型半导体和N型半导体相互正对的面带有等量异号电荷，由于二者相互正对相互平行可以看成平行板电容器，而P型半导体和N型半导体各带的电量由P型半导体中空穴总数和N型半导体中自由电子总数所决定的(因为扩散后产生的正、负电荷所产生的电场不影响载流子的扩散运动)，与P型半导体和N型半导体之间的距离无关。平行板电容器的电容跟两极板间的距离d成反比，因此加大P型半导体和N型半导体之间的距离d后，其电容量C减小，而两者带电量Q不变，又根据C＝Q/U则U＝Q/C，Q不变，C减小，则U增大，U是电容器两极板间的电势差。所以加大P型半导体和N型半导体之间的距离可以加大由P型半导体和N型半导体及纯净半导体所构成的发电体系发电机的电动势。

半导体发电机的机壳封装材料可采用常用的二极管、三极管等的外壳封装材料如玻璃、陶瓷等。对于功率较大的半导体发电机，应采用易于导热的材料如金属，外壳应有凸凹槽以有利于热交换。使用金属外壳时，发电体系具有载流子浓度差的两部分的金属外壳不能做成一体的，必须相互绝缘，谨防发电机短路。超大功率的半导体发电机还要增设吹风设备，热交换设备。

最后需要指出，利用本发明可以进行控温例如制冷和制热。由于本发明可以将热能直接转化为电能，因此进行制冷时，可以利用本发明将某壹封闭体系中的热量转化为电能，再将所转化成的电能在体系以外转化为热能或其它形式的能，从而使该封闭体系中的温度降低；进行制热时，可以利用本发明将某壹封闭体系以外的热能转化成电能，再将所转化成的电能在体系内转化为热能，从而使该封闭体系中的温度升高，但是无论是制冷还是制热其实质都是发电和用电的过程。

Claims (15)

1.一种半导体发电方法其特征是：主要使用半导体材料构成用于发电的发电体系，造成有半导体材料所构成的发电体系本身固有载流子的浓度差，从而使载流子由浓度大处向浓度小处扩散，利用载流子浓差扩散产生正、负电荷，并使所产生的正、负电荷形成电势差，以两导体为电极分别与形成电势差的发电体系的带正电荷的部位和带负电荷的部位以欧姆接触相联接，使一个电极带上正电荷、另一个电极带上负电极，用导线联接正、负电极则在导线中产生电流。

2.根据权利要求1所说的半导体发电方法其特征是：利用半导体材料载流子的数量、浓度和种类可以通过掺杂及掺杂杂质数量、浓度和种类不同而能够进行改变和规定的特性，或者利用半导体材料与导体材料之间的整流接触，造成有半导体材料所构成的发电体系本身固有载流子的浓度差，利用载流子因热运动而导致浓差扩散的方法使载流子由浓度大处向浓度小处扩散，引起有半导体材料所构成的发电体系表面层载流子浓度发生变化以破坏其表面的电中性，使有半导体材料所构成的发电体系一部分表面带正电荷、一部分表面带负电荷，并使表面正、负电荷所产生的电场至少一部分分布在发电体系的体外空间，从而使有半导体材料所构成的发电体系表面正、负电荷在发电体系体外形成电势差，以两导体为电极分别与在体外具有电势差的发电体系的带正电荷的部位和带负电荷的部位以欧姆接触相联接，使与带正电荷的部位相联接的电极带上正电荷、使与带负电荷的部位相联接的电极带上负电荷，用导线联接正、负电极则在导线中产生电流。

3.根掘权利要求2所说的半导体发电方法使有半导体材料所构成的发电体系表面带上电荷的方法其特征是造成有半导体材料所构成的发电体系本身存在载流子的浓度差是包括部分表面在内的发电体系的一部分与包括另一部分表面在内的发电体系的另一部分之间存在载流子的浓度差或/和利用带电体内的电荷要向其表面分布的特性使有半导体材料所构成的发电体系因载流子浓差扩散而在其体内所产生的电荷向其表面分布。

4.根据权利要求2所说的半导体发电方法其特征是：利用半导体材料载流子的浓度和数量可以通过所掺杂质的浓度和数量来决定的特性，通过对用来制造半导体发电机的一块完整的本征半导体进行一种杂质的掺杂，造成该半导体中存在一种载流子的浓度差，使该半导体中的载流子从浓度大处向浓度小处扩散，引起半导体两部分表面载流子浓度发生变化，使该半导体的一部分表面带上正电荷另一部分表面带上负电荷，使表面正、负电荷所产生的电场至少一部分分布在半导体的体外，从而使半导体表面正、负电荷在半导体体外建立电势差，用两金属为电极分别与该半导体具有电势差的表面带有电荷的部位以欧姆接触相联接，与表面带正电荷的部位相联接的电极带正电荷是发电机正极、与表面带负电荷的部位相联接的电极带负电荷是发电机负极。

5.根据权利要求4所说的半导体发电方法其特征是：利用半导体掺杂工艺，通过对用来制造半导体发电机的一块完整的本征半导体进行一种杂质的不均匀掺杂，使该半导体包括其表面一部分杂质浓度大、另一部分包括其表面杂质浓度小，从而造成该半导体中包括两部分表面在内存在一种载流子的浓度差。

6.根据权利要求4所说的半导体发电方法其特征是：利用半导体掺杂工艺，通过对用来制造半导体发电机的一块完整的本征半导体进行一种杂质的部分掺杂，使该半导体中包括表面一部分成为掺杂半导体、另一部分是没有掺任何杂质的本征半导体，从而造成该半导体的两部分之间包括两部分表面在内存在一种载流子的浓度差。

7.根据权利要求4或5所说的半导体发电方法所制造的一种半导体晶体块发电机其特征是：一块完整的半导体晶体块中掺有一种杂质，该杂质从半导体的一端端面开始向另一端端面呈均匀或非均匀的浓度梯度，该半导体经过一种杂质的掺杂后所产生的一种载流子从该半导体的一端端面向另一端端面呈均匀或非均匀的浓度梯度，从而使该半导体本身固有一种载流子的浓度差，经过载流子浓差扩散后半导体的一部分表面层带有正电荷、一部分表面层带有负电荷，有两金属电极分别与带有正、负电荷的面以欧姆接触相联接，与带正电荷的面相联接的电极带有正电荷是发电机正极、与带负电荷的面相联接的电极带有负电荷是发电机负极，该半导体晶体块的形状是两端端面在一条直线上互为背面的半导体晶体块、或者是两端端面相互正对相互平行的半环形半导体晶体块、或者是U形半导体晶体块。

8.根据权利要求4或6所说的半导体发电方法所制造的一种半导体晶体块发电机其特征是：一块完整的半导体晶体块包括一个端面在内的一部分半导体是掺有一种杂质的掺杂半导体、包括另一个端面在内的另一部分半导体是没有掺任何杂质的本征半导体，从而使该半导体晶体块本身固有一种载流子的浓度差，经过载流子浓差扩散后半导体的一部分表面层带有正电荷一部分表面层带有负电荷，有两金属电极分别与带有正、负电荷的面以欧姆接触相联接，与带正电荷的面相联接的电极带有正电荷是发电机正极、与带负电荷的面相联接的电极带有负电荷是发电机负极，该半导体晶体块的形状是两端端面在一条直线上互为背面的半导体晶体块、或者是两端端面相互正对相互平行的半环形半导体晶体块、或者是U形半导体晶体块。

9.根据权利要求4所说的半导体发电方法所制造的一种H形半导体晶体块发电机其特征是：一块完整的外形为H形的半导体，其相互正对的两部分半导体相互正对、相互平行，中间部分半导体的横切面积小于相互正对的两部分的正对面面积并与相互正对的两部分半导体两正对面中心位置垂直联接，相互正对的半导体两正对面除与中间部分的联接处以外四周都有余面，该H形半导体晶体块中掺有一种杂质本身固有一种载流子的浓度差，经过该种载流子的浓差扩散后相互正对的两部分半导体两正对面上分别带有正、负异号电荷，有两金属电极分别与该H形半导体相互正对的带有异号电荷的两部分半导体的两正对面以欧姆接触相联接，与带正电荷的面相联接的电极带正电荷是发电机正极、与带负电荷的面相联接的电极带负电荷是发电机负极。

10.根据权利要求2所说的半导体发电方法其特征是：通过设计制造使有半导体材料所构成的发电体系有两部分表面隔空相对，利用半导体材料载流子的数量、浓度和种类可以通过掺杂及掺杂杂质数量、浓度和种类不同而能够进行改变和规定的特性或者利用半导体材料与金属材料之间的整流接触，造成有两部分表面隔空相对的有半导体材料所构成的发电体系本身固有载流子的浓度差，使载流子因浓差扩散所产生的正电荷至少一部分分布在发电体系隔空相对的一部分表面上，使载流子因浓差扩散所产生的负电荷至少一部分分布在发电体系隔空相对的另一部分表面上，从而使发电体系隔空相对的两部分表面上的正、负电荷所产生的电场主要分布在它们相互对着之间的空间，使发电体系两部分表面上的正、负电荷在它们相互对着的空间建立电势差，以两导体为电极分别与在体外具有电势差的发电体系的带正电荷的部位和带负电荷的部位以欧姆接触相联接，使与带正电荷的部位相联接的电极带上正电荷、使与带负电荷的部位相联接的电极带上负电荷，用导线联接正、负电极则在导线中产生电流。

11.根据权利要求10所说的半导体发电方法所制造的一种U形半导体晶体块发电机其特征是构成发电机的半导体晶体块是外形为U形并且是完整的半导体晶体块，其两臂相互正对、相互平行，两臂中的一臂为P型半导体、另一臂为N型半导体，P型半导体中空穴浓度和总数与N型半导体中自由电子浓度和总数相等，与两臂相联接的U字形中间部分是没有掺任何杂质的本征半导体，两金属电极分别与两臂半导体相互正对的带电荷的两个面以欧姆接触相联接，与N型半导体相联接的金属电极带正电荷为发电机正极、与P型半导体相联接的金属电极带负电荷为发电机负极。

12.根据权利要求10所说的半导体发电方法、所制造的一种U形半导体晶体块发电机其特征是发电机外形为U形，其两臂相互正对、相互平行，其中一臂为P型半导体、另一臂为N型半导体，P型半导体中空穴浓度和总数与N型半导体中自由电子浓度和总数相等，分别与两臂相互垂直并以整流接触相联接的U字形中间部分为一金属，其接触面积相等接触相互吻合，两金属电极分别与两臂半导体相互正对的带电荷的两个面以欧姆接触相联接，与N型半导体相联接的金属电极带正电荷为发电机正极、与P型半导体相联接的金属电极带负电荷为发电机负极。

13.根据权利要求2所说的半导体发电方法其特征是：通过设计制造使有半导体材料所构成的发电体系外形为H形，H形发电体系的中间部分的横断面面积分别小于相互正对的两部分的两正对面面积，相互正对的两部分的两正对面除与中间部分的联接处以外四周都有余面，利用半导体材料载流子的数量、浓度和种类可以通过掺杂及掺杂杂质的数量、浓度和种类不同而能够进行改变和规定的特性或者利用半导体材料与金属材料之间的整流接触，造成有半导体材料所构成的H形发电体系本身固有载流子的浓度差，使发电体系因载流子浓差扩散所产生的正、负电荷主要分别分布在相互正对的两部分的两正对面上，从而使带有异号电荷的相互正对的两个正对面上的异号电荷在二者之间的空间产生电场，使发电体系两正对面上的正、负电荷在它们相互正对的空间建立电势差，以两金属为电极分别与具有电势差的带有异号电荷的两个面以欧姆接触相联接，与带正电荷的面相联接的电极带正电荷是发电机正极，与带负电荷的面相联接的电极带负电荷是发电机负极，用导线联接发电机正、负电极则在导线中产生电流。

14.根据权利要求13所说的半导体发电方法所制造的一种H形半导体晶体块发电机其特征是构成该发电机的半导体是一块完整的外形为H形的半导体晶体块，该H形半导体晶体块发电机是由体积相等、相互正对、相互平行、正对面积相等、正对面形状一样、载流子浓度和总数相等的P型半导体和N型半导体以及在该P型半导体和该N型半导体中间且横断面积小于该两种半导体正对面面积并分别与该两种半导体垂直联接的本征半导体构成，有两金属电极分别与P型半导体和N型半导体相互正对的带电荷的两个面以欧姆接触相联接、与N型半导体相联接的电极带正电荷是发电机正极、与P型半导体相联接的电极带负电荷是发电机的负极。

15.根据权利要求13所说的半导体发电方法所制造的一种H形半导体晶体块发电机其特征是由两块体积相等、载流子浓度和总数相等、有两个面相互正对、相互平行且正对面积大小相等形状一样的P型半导体和N型半导体以及两种半导体相互正对的两个面中间是一块横切面积小于该两种半导体正对面面积并分别与该两种半导体以整流接触且垂直相联的金属构成，以两金属为电极分别与P型半导体和N型半导体相互正对的带电荷的两个面以欧姆接触相联接，与N型半导体相联接的电极带正电荷是发电机正极、与P型半导体相联接的电极带负电荷是发电机负极。

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