TWI478406B - 來自熱度之電源產生之裝置，系統及方法 - Google Patents

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Description

來自熱度之電源產生之裝置，系統及方法
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渦輪之一二次流體(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。
本發明揭示直接熱電轉換之系統及方法。一例示性實施例包含具有一第一復合率之至少一第一復合材料、鄰近於該第一復合材料且具有一第二復合率之一第二復合材料，其中該第二復合率不同於該第一復合率，及鄰近於該第二復合材料且具有與該第一復合率大體上相同之一第三復合率之一第三復合材料。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，且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。該等第二電荷載子在極性方面與該等第一電荷載子相反。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。
參考下列圖式，較佳實施例及替代實施例在下文中予以詳細描述。
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空乏區域凹陷而擷取二極體之「內建」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*T3 e(-Eg/kb*T) 　(1)
在等式1中，n及p分別為電子濃度及電洞濃度，C為一材料特定常數，T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，kb*T為約0.025 eV。
圖2係直接熱電轉換器100之一例示性半導體實施例200之一方塊圖。該例示性半導體實施例200包括一低復合材料202(可互換稱為一低復合半導體材料)及一高復合材料204(可互換稱為一高復合半導體材料)之交替層。該低復合材料202與該高復合材料204在一異質接面處接合。
該高復合材料204可摻雜有一正摻雜材料以在一端處形成一正摻雜層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208a且鄰近於另一異質接面。因此，一層高復合材料204之層保持不摻雜(且因此在該正摻雜層206a及該負摻雜層208a之一相對側上)。
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204及該低復合材料202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。電洞可透過該正摻雜層206a/b遷移跨過該異質接面。在本文中，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214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。在各種實施例中，可使用任意合適摻雜材料類型、摻雜層深度及/或雜質濃度。在一些實施例中，可使用不同摻雜材料。
該低復合材料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202，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202在任意給定溫度時具有相對更自由的電子及電洞。因此，(相較於該高復合材料204)有可用於自該低復合材料202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200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202、204、206a/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202之固有本質，該低復合材料202之移動電荷載子(電子)趨於保持於傳導帶中。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202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204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204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200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200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202遷移至該正摻雜層206a/b，且接著電洞自該正摻雜層206a/b伴隨遷移至該高復合材料204。圖4展示半導體實施例200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208a/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204。在圖3及圖4中，電洞概念性地繪示為「o」及電子概念性地繪示為「e」。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206a/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，透過該正摻雜層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208a/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208a/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204中。電子自該低復合材料202，透過該負摻雜層208a/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204中的電洞趨於與透過該負摻雜層208a/b遷移至該高復合材料204中的電子組合。當該等電子及電洞在該高復合材料204中復合時，額外移動電荷載子(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202中獲得足夠的熱能以用於產生移動電荷載子且存在一負載吸收一電流，該等移動電荷載子趨於連續遷移至該高復合材料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500之一方塊圖。該半導體實施例500包括藉由一正摻雜層206a/b或一負摻雜層208a/b分離之一高復合材料204及一低復合材料202之若干交替層。一正極終端210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600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208a/b分離之一高復合材料204及一低復合材料202之複數個交替層。一正極終端210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。
交替高復合材料204及低復合材料202之複數個層允許在該等終端210、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200、500、600之群組可以並聯連接組態及/或串聯連接組態配置以進一步提供所關注之一電壓及/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200、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600中，一三英吋晶圓係使用分子束磊晶在一n型摻雜之GaAs晶圓上製作具有總共21層(10.5對)(各層0.25微米厚)之交替0.50 AlGaAs(50%的Al)及0.33 AlGaAs(30%的Al)。藉由在各異質接面處交替摻雜，各層之頂部及底部之10%(25 nm)係以1.0E+18摻雜。終端210、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。
通常，間接半導體材料與直接半導體材料之間的分界線為約41-43%。高於其為間接，低於其為直接。精確的AL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50%的AL及大體上30%的AL製作。在使用AlGaAs製作之一替代實施例中，可使用高於50%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100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、Hg1-x Cdx Te、SiGe超晶格、Inx Ga1-x Sb、GaSb、PbS、PbSe或PbTe。可使用包含Inx Ga1-x Sb/Biy Sb1-y 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(指示不同的復合率)之窄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，1.6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200、500、600中。
此外或或者，可改變半導體層及/或摻雜層之厚度以控制輸出電流及/或電壓。在一些實施例中，在不反影響於效能之情況下，額外層可插入於該等材料(諸如，摻雜區域內的金屬層)之間。在一例示性實施例中，異質接面係在摻雜層208a與摻雜層208b之間的中央或大體上在摻雜層208a與摻雜層208b之間的中央。在其他實施例中，該異質接面可不在中央。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6係直接熱電轉換器100之一替代半導體實施例600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208a/b分離之一高復合材料204及一低復合材料202之複數個交替層。一正極終端210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700之一方塊圖。該電化學實施例700包括圍封一高復合材料704及一低復合材料之複數個交替層之一圍封體702。該低復合材料係藉由相互接觸之一陰離子膜706及一陽離子膜708協作形成。一正極終端210及一負極終端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，另一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實施例700時，在藉由該陰離子膜706及該陽離子膜708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708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706遷移至水中的正電荷載子復合。
在一例示性電化學實施例700中，該等正電荷載子為氫離子(H+)。該等氫離子朝向其等各自高復合材料704(水)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704(水)遷移。此等正電荷氫離子之運動及氫氧根離子之相對運動導致跨該電化學實施例700之電荷之一淨遷移，藉此導致一電流及一電壓。該等氫離子在極性方面與該等氫氧根離子相反。
任意合適陰離子交換膜材料可用於該陰離子膜706。任意合適陽離子交換膜材料可用於該陽離子膜708。使用一AMI-7001S陰離子交換膜之一例示性作業實施例其間夾置有一CMI-7002陽離子交換膜。九個膜對係配置於一托盤702中且蒸餾水係用作為該高復合材料704。
在該例示性實施例中，氫係在接近於該正極終端210處由圍封體702排出。在一些實施例中，該圍封體702可經組態以擷取該所排出之氫以用於其他化學或電化學程序。
在該例示性實施例中，氧係在接近於該負極終端212處由圍封體702排出。在一些實施例中，該圍封體702可經組態以擷取該所排出之氧以用於其他化學或電化學程序。
在使用水作為該高復合材料704之一電化學實施例700中，該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100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疇之內且由下列申請專利範圍所保護。
100．．．直接熱電轉換器
102．．．熱源
104．．．負載
200．．．半導體實施例
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．．．負摻雜層
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
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塊圖；
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一方塊圖；
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。
100．．．直接熱電轉換器
102．．．熱源
104．．．負載

Claims (19)

  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；及一第三復合材料，其鄰近於該第二復合材料且具有與該第一復合率大體上相同之一第三復合率，其中該第一復合材料、該第二復合材料及該第三復合材料係一半導體類型材料，該半導體類型材料具有一介於傳導帶與價電子帶間之能帶間隙，且該能帶間隙相較於一絕緣體類型材料係相對較小，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，其中該等第二電荷載子在極性方面與該等第一電荷載子相反，及其中該等第一電荷載子之遷移與該等第二電荷載子之遷移產生一電流。
  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一低復合材料，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一第一異質接面處接合，及其中該第二復合材料與該第三復合材料在一第二異質接面處接 合：其中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之負摻雜半導體層且在該第一復合材料之負摻雜半導體層之一相對側上；其中該第二復合材料包括：一負摻雜半導體層，其鄰近於該第一異質接面；一正摻雜半導體層，其鄰近於該第二異質接面；及一高復合半導體層，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：一正摻雜半導體層，其鄰近於該第二異質接面；及一低復合半導體材料，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內產生電子，其中該等電子透過該第一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內產生電洞，其中該等電洞透過該第三復合材料及該第二復合材料之正摻雜半導體層遷移，及 其中該等電子之遷移及該等電洞之遷移產生電流。
  4. 如請求項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。
  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中央。
  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一厚度不同於該第二復合材料之負摻雜半導體層之一厚度。
  7. 如請求項3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包括具有大體上50%的Al之AlGaAs，及其中該第二復合材料包括具有大體上30%的Al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材料且與該第二復合材料接觸；及一第一陰離子膜，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料且與該第二復合材料接觸；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，在回應於接收熱度之情況下，產生氫氧根離子且自該第一復合材料遷移至該第二復合材料中，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遷移產生電流。
  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，及其中鄰近於該第一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該第三復合半導體材料之一部分為負摻雜，及其中鄰近於該第二異質接面之該第二復合半導體材料之一部分為負摻雜。
  11. 如請求項1之直接熱電轉換器，其進一步包括： 一第四復合材料，其鄰近於該第一復合材料且具有與該第二復合率大體上相同之一第四復合率；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一第五復合率，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，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. 一種使用一直接熱電轉換器產生電流之方法，該方法包括：將熱度施加至一直接熱電轉換器，該直接熱電轉換器包含具有一第一復合率之至少一第一復合材料、鄰近於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一第三復合材料，其中該第二復合率不同於該第一復合率，其中該第三復合率與該第一復合率大體上相同，且其中該第一復合材料、該第二復合材料及該第三復合材料係一半導體類型材料，該半導體類型材料具有一介於傳導帶與價電子帶間之能帶間隙，且該能帶間隙相較於一絕緣體類型材料係相對較小；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載子之遷移產生自該直接熱電轉換器供應至該負載之電流。
  13. 如請求項12之方法，其中該第一復合材料、該第二復合材料及該第三復合材料為半導體材料，其中該第一復合材料與該第二復合材料在一第一異質接面處接合，且該第二復合材料與該第三復合材料在一第二異質接面處接合，其中各鄰近於該第一異質接面之該第一復合材料之一部分及該第二復合材料之一第一部分為負摻雜，及各鄰近於該第二異質接面之該第三復合材料之一部分及該第二復合材料之一第二部分為正摻雜，且其中藉由施加熱度而產生之該等負電荷載子為電子且藉由施加熱度而產生之該等正電荷載子為電洞。
  14. 如請求項12之方法，其中該第二復合材料包括水；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材料且與該第二復合材料接觸；及一第一陰離子膜，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 第二復合材料接觸；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為氫離子。
  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。
  16. 一種直接熱電轉換器，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；及一高復合半導體層，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，且其中該第一低復合材料、 該第二低復合材料及該高復合材料係一半導體類型材料，該半導體類型材料具有一介於傳導帶與價電子帶間之能帶間隙，且該能帶間隙相較於一絕緣體類型材料係相對較小，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內產生電子，其中該等電子透過該等負摻雜半導體層遷移，在回應於接收熱度之情況下，至少在該第二低復合材料之低復合半導體材料層內產生電洞，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一歐姆類型接觸。
  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一歐姆類型接觸。
  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；一正摻雜半導體層，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。
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