TW201230420A - Apparatus, systems and methods for electrical power generation from heat - Google Patents

Description

201230420 六、發明說明： 【先前技術】 熱度係一種很容易獲得的能量來源。熱度可自周圍環境 來源（諸如，大氣層、流水、太陽或地熱流體）獲得。熱度 亦可為諸如蒸汽動力發電或工業製造、操作半導體器件或 類似物之一過程之一副產物。 然而’迄今難以將獲得之熱能轉換成電能。例如，熱度 可使用驅動一產生器渴輪之一二次流體（諸如，蒸汽或類 似物）而用於產生電源。 通常’諸如在發電站及工業製造設施中，熱度被視為必 須消除之一廢棄副產物。例如，當熱度為一廢棄副產物 時，使用冷卻塔或類似物將該廢棄熱度消散至大氣層中。 因此’在此項技術中需要從獲得之熱度中衍生電力，至 少以改良熱效率且可降低系統複雜性。 【發明内容】 Ό 例示性貫狍 本發明揭示直接熱電轉換之系統及方法 _ 例包含具有一第—復合率之至少一第一復合材料、鄰近於 =第-復合材料且具有—第二復合率之—第二復合材料， 其t該第二復合率不同於該第一復合率，及鄰近於該第二 復合㈣且具有與該第一復合率大體上相同之一第三復合 率，—第三復合材料。熱度之施加產生在該第-復合材料 ^該第二復合材料之間遷移之至少第—電荷载子，且產生 復合材料與該第二復合材料之間遷移之至少第二 電竹載子。g亥專第-冑样# γ + 弟一電何載子在極性方面與該等第一電荷 I58610.doc 201230420 載子相反。該等第一電荷載子之遷移及該等第二電荷載子 之遷移產生一電流。 【實施方式】 參考下列圖式，較佳實施例及替代實施例在下文中予以 洋細描述。 圖1係一直接熱電轉換器100之一實施例之一方塊圖。該 直接熱電轉換器100之實施例經組態以自一熱源102接收 熱，且經組態以由該所接收之熱度產生電力。該電力（電 流及電壓）可輸送至一負載104。在一些實施例中，該所產 生之電力係以一直流電（DC)形式輸出。在包含電源條件設 備之其他實施例中，該所產生之電力可以一交流電（AC)形 式輸出。 各種半導體實施例經組態以藉由使彼此抵靠之不同材料 之工乏區域凹陷而擷取二極體之「内建」電位（Vd)。用於 半導體中的載子密度之整體公式係以等式1證明。 n*p = C*T3e (-Eg/kb*T) ⑴ 在等式1中，η及p分別為電子濃度及電洞濃度，c為一材 料特定常數，Τ為溫度（以克氏為單位），Eg為能帶間隙， 及kb為波茲曼（Boltzmann)常數。在室溫下，吐*丁為約 0.025 eV » 圖2係直接熱電轉換器1〇〇之一例示性半導體實施例2〇〇 之一方塊圖。該例示性半導體實施例2〇〇包括一低復合材 料202(可互換稱為一低復合半導體材料）及—高復合材料 204(可互換稱為一咼復合半導體材料）之交替層。該低復合 158610.doc 201230420 材料202與該高復合材料2(M在一異質接面處接合。 、该南復合材料204可摻雜有一正掺雜材料以在一端處形 成正摻雜層206a且鄰近於該異質接面。該高復合材料 204可摻雜有一負摻雜材料以在另一端處形成一負摻雜層 〇83且鄰近於另-異質接面。因此，-層高復合材料204 ’ 之層保持不摻雜（且因此在該正摻雜層及該負摻雜層 - 208a之一相對侧上）。 該低復合材料202亦可摻雜有一正摻雜材料以在 一端處 形成一正摻雜層206b且鄰近於該異質接面。該低復合材料 202亦可摻雜有一負摻雜材料以在另一端處形成一負摻雜 層208b且鄰近於該另一異質接面。因此，一層低復合材料 202保持不摻雜。 如圖2中所繪示’該高復合材料2〇4及該低復合材料2〇2 係藉由一正摻雜層206a/b或一負摻雜層208a/b分離。電子 可透過該負摻雜層208a/b遷移跨過該異質接面。電洞可透 過該正掺雜層206a/b遷移跨過該異質接面。在本文肀，電 子及/或電洞漂移、擴散及熱電子發射（指示橫跨該異質接 面）可互換用於術語「遷移」。 一正極終端210及一負極終端212提供附接點（一肖特基 (Schottky)接觸或類似物）以遞送所產生之DC電力。在替代 實施例中，一任選正摻雜層2 14及/或一任選負摻雜層216 可分別被包含於該低復合材料202及/或該高復合材料204 之端上’以提供與該等終端210、212之一歐姆類型接觸。 可使用任意合適低復合材料202及高復合材料204 ^在各 158610.doc -6- 201230420 種實施例中’可使用任意合適摻雜材料類型、掺雜層深度 及’或雜質濃度。在一些實施例中，可使用不同摻雜材 料。 S亥低復合材料202、該高復合材料204、該正摻雜層 206a/b及該負摻雜層208a/b為半導體類型材料，其中（相較 於一絕緣體類型材料）傳導帶與價電子帶之間的能帶間隙 相對較小。相較於該低復合材料2〇2，在該高復合材料204 中’電子及電洞可更容易復合或可被湮滅。由於電子及電 洞復合之速率分別與傳導帶及價電子帶中的電子及電洞濃 度成反比’故相較於該高復合材料204，該低復合材料2〇2 在任意給定溫度時具有相對更自由的電子及電洞。因此， (相較於該尚復合材料204)有可用於自該低復合材料2〇2遷 移之相對較大數目的自由電子及電洞。使用所關注之具有 相對較高的復合率及相對較低的復合率之經選擇之材料產 生各種實施例以在一半導體實施例2〇〇中達成所需電流及/ 或電壓。 當將熱能施加或傳輸至該等半導體材料2〇2、2〇4、 2〇6a/b及/或208a/b中時，若干移動電荷載子（電子）能自其 等價電子帶一直遷移至其等各自傳導帶。一旦電子遷移至 其傳導帶時’該電子可輕易運動至鄰近原子或分子之傳導 帶°藉由該電子所產生之相關聯之電洞亦為可輕易遷移至 鄰近原子或分子之一移動電荷載子。 由於趨於抵抗電子及電洞對復合之該低復合材料2〇2之 固有本質，該低復合材料202之移動電荷載子（電子）趨於保 1586l0.doc 201230420 持於傳導帶中。因此，遷移至鄰近原子或分子之其他傳導 帶對於該低復合材料2〇2之移動電荷載子而言係相對容易 的。 相反，已遷移至該高復合材料2〇4之電子及/或電洞趨於 復合。由於趨於促進電子及/或電洞復合之該高復合材料 2 (Μ之固有本質，電子移動電荷載子離開傳導帶至價電子 帶之可用電洞中。即，與價電子帶中的電洞復合對於傳導 帶中的電子而言係相對容易的。 移動電荷載子（電子及/或電洞）之遷移可以在該直接熱電 轉換器100之半導體實施例2〇〇中引發（產生）一聚集電流流 動及一伴隨電壓之一方式被導引、引導、限制及/或約 束。接著在該等終端210、212處獲得之電流及電壓可提供 至一負載104(圖1)。 圖3展示半導體實施例2〇〇之一部分214，其概念性地繪 示移動電荷載子（電子及電洞）自該低復合材料2〇2遷移至該 正摻雜層206a/b，且接著電洞自該正摻雜層2〇6a/b伴隨遷 移至該高復合材料204。圖4展示半導體實施例2〇〇之一部 分216，其概念性地繪示移動電荷載子（電子及電洞）自該低 復合材料202遷移至該負摻雜層2〇8a/b，且接著電子自該 負摻雜層208a/b伴隨遷移至該高復合材料2〇4。在圖3及圖 ^中，電洞概念性地繪示為「0」及電子概念性地繪示為 e J。該等電洞在極性方面與該等電子相反。 該正摻雜層206a/b係以導致該正摻雜層2〇6a/b中一相對 較大數目的電洞之雜質而製作之一半導體層。如圖3中概 158610.doc 201230420 念性地繪示，當來自一鄰近低復合材料202之移動電荷載 子（電子及/或電洞）遷移至該正摻雜層206a/b中時，該等遷 移電子分別趨於排斥該正摻雜層206a/b之電洞或與該正摻 雜層206a/b之電洞復合。然而，來自該低復合材料202之 遷移電洞趨於透過該正摻雜層206a/b遷移至該高復合材料 204中。電洞自該低復合材料202，透過該正掺雜層206a/b 且接著至該高復合材料204之此淨運動導致一所產生之電 流及電壓。 該負摻雜層208a/b係以導致該負摻雜層2〇8a/b中一相對 較大數目的電子之雜質而製作。如圖4中概念性地繪示， 當來自一鄰近低復合材料202之移動電荷載子（電子及/或電 洞）遷移至該負摻雜層208a/b中時，該等遷移電洞分別趨於 排斥該負摻雜層208a/b之電子或與該負摻雜層2〇8a/b之電 子復合。然而，來自該低復合材料202之遷移電子趨於透 過該負摻雜層208a/b遷移至該高復合材料2〇4中。電子自 該低復合材料202，透過該負摻雜層2〇8a/b且接著至該高 復合材料204之此淨運動導致一所產生之電流及電壓。 透過該正摻雜層206a/b遷移至該高復合材料2〇4中的電 洞趨於與透過該負摻雜層2〇8a/b遷移至該高復合材料2〇4 中的電子組纟。當該等電子及電洞在該高復合材料綱中 復合時，額外移動電荷载子（電子及/或電洞）趨於進一步遷 移至該高復合材料204中。只要在該低復合材料搬中獲得 ^夠的熱能以用於產生移動電荷載子且存在—負載吸收一 電抓’忒等移動電荷載子趨於連續遷移至該高復合材料 158610.doc 201230420 204中而導致一持續之所產生之電流及電壓。若不存在負 載’則將達到一最大開路電壓，其將淨遷移減小至零。 圖5係直接熱電轉換器100之一替代半導體實施例5〇〇之 一方塊圖。該半導體實施例5〇〇包括藉由一正摻雜層 206a/b或一負摻雜層2〇8a/b分離之一高復合材料2〇4及一低 復合材料202之若干交替層。一正極終端21〇及一負極終端 212提供附接點以遞送所產生之DC電力。在替代實施例 中’取決於半導體材料之端部分之材料復合類型，一正換 雜層及/或一負摻雜層（未展示）可視需要包含於該半導體實 施例500之端上。 圖6係直接熱電轉換器100之一替代半導體實施例6〇〇之 一方塊圖。該半導體實施例600包括藉由一正摻雜層 206a/b或一負摻雜層2〇8a/b分離之一高復合材料2〇4及一低 復合材料202之複數個交替層。一正極終端21〇及一負極終 端2 12提供附接點以遞送所產生之dc電力。在替代實施例 中，取決於半導體材料之端部分之材料復合類型，一正摻 雜層214及/或一負摻雜層216可視需要包含於該半導體實 施例6 0 0之端上。 交替高復合材料204及低復合材料2〇2之複數個層允許在 該等終端2 10、212上產生一較高電壓及/或電流。因此， 該半導體實施例500之設計及製作可經改造以提供所關注 之任意合適電壓及/或電流。可在一終端上使用任一材 料，而無關於在相對終端上所使用之材料。 在一些應用中，該半導體實施例2〇〇、500、600之群組 1586I0.doc -10- 201230420 可以並聯連接組態及/或_聯連接組態配置以進一步提供 所關注之電壓及/或電流。因此，一些半導體實施例 200、500、600可經組態以獲取低電壓及/或低電流負載 104。其他半導體實施例2〇〇、500、600可經組態以獲取高 電壓及/或高電流負載104。一些實施例可經組態以增補或 甚至替換一公共事業電力網或一私人電力系統中所使用之 發電站。在廢棄熱度為有用之情況下，半導體實施例 200、500、600可用於能量轉換、綠色電源及/或共生發 電。 在一作業中的半導體實施例6〇〇中，一三英忖晶圓係使 用分子束磊晶在一η型摻雜iGaAs晶圓上製作具有總共21 層（10.5對）（各層025微米厚）之交替〇5〇 AlGaAs (50。/。的A1) 及〇·33 AlGaAs (30%的A1)。藉由在各異質接面處交替摻 雜，各層之頂部及底部之1〇%(25 nm)係以i 〇E+18摻雜。 端21 〇、212係沈積於該所完成之晶圓之頂部及底部上且 被退火。表1繪示該作業中的半導體實施例600之所量測之 測試效能結果β 溫唐CF、 250 - 1：壓(mV) 電流(uA) 300 Ο.υ^ϋ 0.051 "α〇4 Λ 1 1 350+/-25(¾^ 450+/-25(德擇、 U. 11 0.03 至 0.72 550+/-25(德環、 - —__ 「0.27 至 1.95 0.40 至 3.07 表1

、I吊間接半導體材料與直接半導體材料之間的分界線 為勺43 /〇。尚於其為間接，低於其為直接。精確的AL 158610.doc 201230420 百分比數可基於溫度及製作而改變。例示性實施例以大體 上5〇%的AL及大體上3〇〇/0的AL製作。在使用AlGaAs製作 之一替代實施例中，可使用高於50〇/〇的AL及低於30%的AL 之一百分比。 該等半導體實施例200、500、600可使用任意合適半導 體製作程序而輕易製作。此外’在一直接熱電轉換器1〇〇 之製作中可使用任意合適半導體材料。半導體材料之其他 非限制性實例包含（但不限於）Ge、Hgl-xCdxTe、SiGe超晶 格、InxGai-xSb、GaSb、PbS、PbSe 或 PbTe。可使用包含 InxGauxSb/BiySVy之間接窄間隙超晶格材料。 即使當兩個半導體皆為直接（或間接）時，其等仍可具有 不同的復合率。具有不同有效的狀態密度（指示不同的復 &率）之乍間隙直接半導體特別受關注。不同的狀態密度 值可選擇性地用於半導體層之製造中以控制輸出電流及/ 或電壓。特定言之’硫化鉛（PbS)及碲化鉛（PbTe)在室溫下 具有一明顯差異（例如，i 6倍）。通常，可在一結構中一起 生長之具有一窄能帶間隙及不同復合率之任意材料對可用 於一半導體實施例2〇〇、500、600中。 此外或或者，可改變半導體層及/或摻雜層之厚度以 制輸出電流及/或電壓。在—些實施例中’在不反影響 效能之情況下’額外層可插入於該等材料(諸如，摻雜 域内的金屬層)之間。在一例示性實施例中，異質接面 在摻雜層2G8a與摻雜層鳩之間的中㈣大體上在推雜 2〇8a與摻雜層208b之間的中央。在其他實施例中，該異 158610.doc 12 201230420 接面可不在中央。在一些實施例中’該異質接面位於該摻 雜層208a/b之外。在此等實施例中，載子之比率可藉由摻 雜之效應保持支配地位。亦在此等實施例中，固有地省略 該等摻雜層208a/b之一者。 圖ό係直接熱電轉換器1〇〇之一替代半導體實施例6〇〇之 一方塊圖。該半導體實施例600包括藉由一正掺雜層 206a/b或一負摻雜層208a/b分離之一高復合材料2〇4及一低 復合材料202之複數個交替層。一正極終端21〇及一負極終 端212提供附接點以遞送所產生之dc電力。在替代實施例 中’取決於半導體材料之端部分之材料復合類型，一正摻 雜層214及/或一負摻雜層216可視需要包含於該半導體實 施例600之端上。 圖7係直接熱電轉換器100之一電化學實施例7〇〇之一方 塊圖。該電化學實施例700包括圍封一高復合材料7〇4及一 低復合材料之複數個交替層之一圍封體7〇2。該低復合材 料係藉由相互接觸之一陰離子膜7〇6及一陽離子膜7〇8協作 形成。-正極終端210及-負極終端212提供附接點以遞送 所產生之DC電力。 在一例示性實施例中，該高復合材料704為水。較佳 地’該高復合材料704之水為純淨的或大體上純淨。在一 些實施例中，可添加化學添加劑以調整復合。或者或此 外’另-類型的高復合流體或材料可用於該高復合材料 704。 當將熱度添加至該電化學音谂也丨. ^ 电化于貫轭例700時，在藉由該陰離 158610.doc •13- 201230420 子膜706及该陽離子膜7〇8協作形成之低復合材料中產生正 電荷載子及負電荷載子。自該陽離子膜7〇8遷移至水中的 負電荷載子與位於水之相對側上之自該陰離子膜雇遷移 至水令的正電荷载子復合。 在一例示性電化學實施例中，該等正電荷載子為i · 離子㈣。該等氫離子朝向其等各自高復合材料7〇4⑷遷 移。該電化學實施例700中的負電荷載子為氫氧根離子 (OH-) »該等氫氧根離子亦朝向其等各自高復合材料 7〇4(水）遷移。此等正電荷㈣子之運動及絲根離子之相 對運動導致跨該電化學實施例7〇〇之電荷之一淨遷移，藉 此導致-電流及-電壓。該等氫離子在極性方面與該等^ 氧根離子相反。 任意合適陰離子交換膜材料可用於該陰離子膜7〇6。任 意合適陽離子交換臈材料可用於㈣離子膜708。使用一 A ΜI - 7 0 01 S陰離子交換膜之一例示性作業實施例其間夹置 有- CMI-7002陽離子交換m。九個膜對係酉己置於一托盤 7 0 2中且蒸餾水係用作為該高復合材料7 〇 4。 在該例示性實施例中’氫係在接近於該正極終端21〇處 由圍封體702排出。在一些實施例中，該圍封體7()2可經組. 態以糊取該所排出之氫以用於其他化學或電化學程序。 在及例示丨生貫鉍例中，氧係在接近於該負極終端212處 由圍封體7G2排出。在__些實施例中，該圍封體術可經組 態以棟取該所排出之氧以用於其他化學或電化學程序。 在使用水作為该尚復合材料7〇4之一電化學實施例7⑽ 158610.doc •14. 201230420 中**亥所排出之氫及氧耗盡水。因此，必須不斷地添加水 以延長該電化學實施例700之有用壽命。 應強調’上述直接熱電轉換器1 〇〇之實施例僅為本發明 之實施方案之可能實例。可對上述實施例作許多變更及修 改°在本文中’所有此等修改及變更意欲被包含於本發明 之範_之内且由下列申請專利範圍所保護。 【圖式簡單說明】 圖1係一直接熱電轉換器之一實施例之一方塊圖； 圖2係直接熱電轉換器之一例示性半導體實施例之一方 \/〇 [^1 · 塊園， 圖3概念性地繪示移動電荷載子自低復合材料遷移至正 摻雜層’且接著電洞自正摻雜層伴隨遷移至高復合材料； 圖4概念性地繪示移動電荷載子自低復合材料遷移至負 摻雜層’且接著電子自負摻雜層伴隨遷移至高復合材料； 圖5係直接熱電轉換器之一替代半導體實施例之—方塊 圖； 圖6係直接熱電轉換器之另一替代半導體實施例之一方 塊圖；及 圖7係直接熱電轉換器之一電化學實施例之一方塊圖。 【主要元件符號說明】 100 直接熱電轉換器 102 熱源 104 負載 200 半導體實施例 158610.doc -15- 201230420 202 低復合材料 204 高復合材料 206a 正摻雜層 206b 正摻雜層 208a 負摻雜層 208b 負摻雜層 210 正極終端 212 負極終端 214 正摻雜層 216 負掺雜層 500 半導體實施例 600 半導體實施例 700 電化學實施例 702 圍封體/托盤 704 高復合材料 706 陰離子膜 708 陽離子膜 158610.doc -16-

Claims (1)

1. 201230420 七、申請專利範圍： 1. 一種直接熱電轉換器，其包括： 一第一復合材料，其具有第一復合率； 一第二復合材料，其鄰近於該第一復合材料且具有一 第二復合率，其中該第二復合率不同於該第一復合率；及 -第三復合材,料，其鄰近於該帛二復合㈣且具有與 該第一復合率大體上相同之一第三復合率， 其中熱度之施加產生在該第一復合材料與該第二復合 材料之間遷移之至少第一電荷載子， 其中該熱度之施加產生在該第三復合材料與該第二復 合材料之間遷移之至少第二電荷載子，其令該等第二電 荷載子在極性方面與該等第一電荷載子相反，及 其中該等第-電荷載子之遷移與該等第 遷移產生一電流。 戰 2. 如請求項1之直接熱電轉換器，其中該第一復合材料及 該第三復合材料為__低復合材料，及其中該第二復合材 料為一高復合材料。 3·如請求項2之直接熱電轉換器，其中該第一復合材料與 該第二復合材料在-第—異質接面處接合，及其中該第 二復合材料與該第三復合材料在―第二異質接面處接 合： 其十該第一復合材料包括： 一負摻雜半導體層，其鄰近於該第一異質接面；及 一低復合半導體材料層，其鄰近於該第一復合材料 158610.doc 201230420 之負掺雜半導體層且在該第一復合材料之負換雜半導 體層之一相對側上； 其中該第二復合材料包括： 負摻雜半導體層，其鄰近於該第一異質接面； —正摻雜半導體層，其鄰近於該第二異質接面；及 一南復合半導體層，其在該第二復合材料之負摻雜 半導體層與該第二復合材料之正摻雜半導體層之間； 其中該第三復合材料包括： —正摻雜半導體層，其鄰近於該第二異質接面；及 低復合半導體材料，其鄰近於該第三復合材料之 正摻雜半導體層且在該第三復合材料之正摻雜半導體 層之一相對側上， 在回應於接收熱度之情況下，至少在該第一復合材料 之低復合半導體材料層内產生電子，其中該等電子透過 孩第復合材料及該第二復合材料之負摻雜半導體層遷 移， 在回應於接收熱度之情況下，至少在該第三復合材料 之低復合半導體材料層内產生電洞，其中該等電洞透過 该第二復合材料及該第二復合材料之正摻雜半導體層遷 移，及 曰 其中該等電子之遷移及該等電洞之遷移產生電流。 4·如清求項3之直接熱電轉換器，其中該第一異質接面係 在該第一復合材料之負摻雜半導體層與該第二復合材料 之負摻雜半導體層之間的中央。 158610.doc 201230420 5.如請求項3之直接熱電轉換器，其中該第二異質接面係 在該第二復合材料之正摻雜半導體層與該第三復合材料 之正摻雜半導體層之間的令央。 ,6.如請求項3之直接熱電轉換器，其中該第一復合材料之 •負摻雜半導體層之—厚度不同於㈣三復合材料之負摻 雜半導體層之一厚度。 7·如咕求項3之直接熱電轉換器，其中該第—復合材料及 該第三復合材料包括具有大體上5〇%的A1<AiGaAs，及 其中該第二復合材料包括具有大體上30。/。的A1之 AlGaAs。 8.如請求項2之直接熱電轉換器， 其中該第一復合材料包括： 一第一陽離子膜，其鄰近於該第二復合 第二復合材料接觸；A 一第一陰離子膜，其鄰近於該第一陽離子膜且與該 第一陽離子膜接觸； 、 其中該第二復合材料包括至少水； 其中該第三復合材料包括： 一第二陰離子膜，其鄰近於該第二復合材 第二復合材料接觸；及 與该 一第二陽離子膜，其鄰近於該第二陰離子膜且與哼 第二陰離子膜接觸， ’、人 在回應於接收熱度之情況下，產生氫氧根離子且自續 第一復合材料遷移至該第二復合材料中， 158610.doc 201230420 在回應於接收熱度之情況下，產生氫離子且自該第三 復合材料遷移至該第二復合材料中，及 其中該等氫氧根離子之遷移及該等氫離子之遙移產生 電流。 9. 如請求項1之直接熱電轉換器，其中該第一復合材料及 該第三復合材料為具有一高復合率之一高復合半導體材 料’及其中該第二復合材料為具有一低復合率之一低復 合半導體材料。 10. 如請求項9之直接熱電轉換器， 其中該第一復合半導體材料與該第二復合半導體材料 在一第一異質接面處接合，及其中鄰近於該第，異質接 面之該第一復合半導體材料之一部分為正摻雜，及其中 鄰近於該第一異質接面之該第二復合半導體材料之一部 分為正摻雜，及 其中該第三復合半導體材料與該第二復合半導體材料 在一第二異質接面處接合，及其中鄰近於該第二異質接 面之°玄第二復合半導體材料之一部分為負摻雜，及其中 鄰近於s亥第二異質接面之該第二復合半導體材料之—部 为為負換雜。 11. 如明求項1之直接熱電轉換器，其進一步包括： 一第四復合材料，其鄰近於該第/復合材料且具有與 該第二復合率大體上相同之—第四復合率；及 一第五復合材料，其鄰近於該第四復合材料且具有與 該第一復合率大體上相同之—第五復合率， 158610.doc -4- 201230420 其中熱度之施加產生在該第五復合材料與該第四復合 材料之間遷移之至少第一電荷載子， 口 其中該熱度之施加產生在該第四復合材料與該第一復 合材料之間遷移之至少第二電荷載子。 12. 13. 一種使用一直接熱電轉換器產生電流之方法，該方法包 括： I 將熱度施加至-直接熱電轉換器，該直接熱電轉換器 包含具有-第-復合率之至少一第一復合材料、鄰近二 該第一復合材料且具有一第二復合率之一第二復合材 料、鄰近於該第二復合材料且具有一第三復合率之I第 三復合材料，纟中該第二復合率不同於該第—復合率， 且其中該第三復合率與該第一復合率大體上相同；及 將一電流自該直接熱電轉換器供應至一負載， 其中熱度之施加產生在該第一復合材料與該第二復合 材料之間遷移之至少負電荷載子， 其中該熱度之施加產生在該第三復合材料與該第二復 合材料之間遷移之至少正電荷載子，且 其中該等正電荷載子之遷移及該等負電荷载子之遷移 產生自該直接熱電轉換器供應至該負載之電流。 如請求項12之方法， 其中該第-復合材料、該第二復合材料及該 材料為半導體材料， —° 其中該帛-復合材料與該第二復合材料在_第_異質 接面處接合’且該第二復合材料與該第三復合材料在一 158610.doc 201230420 第二異質接面處接合， ==近於該第一異質接面之該第一復合材料之一 第二復合材料之-第-部分為負換雜，及各鄰 近於該苐一異質接面之該第 -作人u M 设σ材枓之一部分及該第 一復σ材料之—第二部分為正摻雜且 ::藉由施加熱度而產生之該等負電荷载子為電子且 施加熱度而產生之該等正電荷載子為電洞。 14. 如凊求項12之方法， 其中該第二復合材料包括水； 其中該第—復合材料包括： 一第一冑離子膜，其鄰近於該第二復合材料且與該 第二復合材料接觸；及 -第-陰離子膜’其鄰近於該第一陽離子膜且與該 第一陽離子膜接觸； 其中該第三復合材料包括： 一第二陰離子膜，其鄰近於該第二復合材料且與該 第一復合材料捿觸；及 一第二陽離子膜，其鄰近於該第二陰離子膜且與該 第二陰離子膜接觸， 其中藉由施加熱度而產生之該等負電荷載子為氫氧根 離子及其中藉由施加熱度而產生之該等正電荷載子 離子。 馬11 15. 如請求項14之方法，其進一步包括： 收集自該直接熱電轉換器排出之該等氫離子。 158610.doc 201230420 16· —種直接熱電轉換器，其包括： 一第一低復合材料，其包括： 一負摻雜半導體層，其鄰近於一第一異質接面；及 一低復合半導體材料層，其鄰近於該第一低復合材 料之負摻雜半導體層且在該第一低復合材料之負摻雜 半導體層之一相對側上； 一高復合材料’其包括： 一負摻雜半導體層，其鄰近於該第一異質接面； 一正摻雜半導體層’其鄰近於一第二異質接面；及 一尚復合半導體層，其在該高復合材料之負摻雜半 導體層與該高復合材料之正摻雜半導體層之間；及 一第二低復合材料，其包括： 一負摻雜半導體層，其鄰近於該第二異質接面；及 一低復合半導體材料層，其鄰近於該第二低復合材 料之負摻雜半導體層且在該第二低復合材料之負摻雜 半導體層之一相對側上， 在回應於接收熱度之情況下，至少在該第一低復合材 料之低復合半導體材料層内產生電子，其中該等電子透 過該專負換雜半導體層遷移， 在回應於接收熱度之情況下，至少在該第二低復合材 料之低復合半導體材料層内產生電洞，其中該等電洞透 過該等正摻雜半導體層遷移，且 其中該等電子之遷移及該等電洞之遷移產生一電流。 17.如請求項16之直接熱電轉換器，其中該第一低復合材料 158610.doc 201230420 進一步包括： 一正摻雜層，其鄰近於該低復合半導體材料層，其中 該正摻雜層形成與該直接熱電轉換器之一正極終端之— 歐姆類型接觸。 18. 如請求項16之直接熱電轉換器，其中該第二低復合材料 進一步包括： 一負摻雜層，其鄰近於該低復合半導體材料層，其中 該負摻雜層形成與該直接熱電轉換器之一負極終端之— 歐姆類型接觸。 19. 如請求項16之直接熱電轉換器，其進一步包括： 複數個其他高復合材料層，其以複數個其他低復合材 料層交替分層，其中該等其他高復合材料層及該等其他 低復合材料層之交替層在各自異質接面處接合， 其中該等其他高復合材料層及該等其他低復合材料層 之各者包括： 一負摻雜半導體層，其鄰近於一各自異質接面； 一正掺雜半導體層，其鄰近於一相對各自異質接 面；及 一高復合半導體層，其在該負摻雜半導體層與該正 摻雜半導體層之間。 158610.doc