UA134717U - Напівпровідниковий термоелектричний генератор - Google Patents

Abstract

Напівпровідниковий термоелектричний генератор виконаний із можливістю відбору тепла з навколишнього середовища напівпровідникового блока, який містить щонайменше одну пару з'єднаних між собою варизонних напівпровідників, при цьому широкозонна сторона щонайменше одного варизонного напівпровідника з'єднана з вузько зонною стороною щонайменше одного іншого варизонного напівпровідника. Місце з'єднання варизонних напівпровідників виконане із напівпровідниковим матеріалом із власною провідністю, варизонні напівпровідники, з'єднані між собою в пару, виконані із змінним легуванням. При цьому широкозонні сторони попарно з'єднаних варизонних напівпровідників леговані акцепторною домішкою.

Description

Корисна модель належить до термоелектричних генераторів, а саме до термоелектричних генераторів, які використовують у своїй роботі термоелектричні властивості варизонних структур, тобто властивості варизонних напівпровідників зі змінним легуванням та гетеропереходів між ними, а також властивості напівпровідникових матеріалів із власною провідністю, і може бути використана для живлення побутових електроприладів, зарядження елементів живлення переносних електронних пристроїв або іншого.

З рівня техніки відомий термоелемент (патент КО 2248647 С2, МПК НОТІ 35/08, опубліковано 20.03.2005 р., Бюл. Мо 8) виконаний щонайменше з одним п-шаром і щонайменше з одним р-шаром одного або декількох домішкових напівпровідників, при цьому п-шар (шари) і р-шар (шари) розташовані таким чином, що утворюють щонайменше один р-п перехід, причому, щонайменше один п-шар і щонайменше один р-шар селективно контактують електрично, а градієнт температур додається або знімається паралельно граничному шару між щонайменше одним п- і р-шаром, при цьому щонайменше один р-п перехід утворений, по суті, уздовж загальної переважно найбільш довгою протяжності п-шару (шарів) і р-шару (шарів) і тим самим, по суті, уздовж їх спільного граничного шару.

Недоліками відомого аналога є низька ефективність, потужність, продуктивність, обмежена функціональність, які обумовлені його конструкцією, зокрема виконанням напівпровідників однорідно легованими та без градієнта ширини забороненої зони, а також селективним контактом напівпровідників через граничний шар, який, по суті, містить провідник.

Відомий аналог низьку ефективність, потужність та продуктивність, оскільки використання однорідно легованих напівпровідників, виконаних без градієнта ширини забороненої зони не дозволяє отримати струм достатньої потужності для живлення більшості побутових електроприладів, швидкого зарядження елементів живлення переносних електронних пристроїв через невелику різність квазірівнів Фермі напівпровідників та обмежену кількість генерованих електронно-діркових пар. Незважаючи на те, що у відомому аналогу наявний р-п-перехід між напівпровідниками, використання провідникових матеріалів у граничному шарі знижує кількість струму, що генерується, оскільки провідники, такі як золото, що використовується у варіанті виконання відомого аналога для контакту напівпровідників, не мають забороненої зони.

Недостатня потужність струму, що генерується, в свою чергу, обмежує функціональність відомого аналога, оскільки обмежує коло пристроїв, які він може живити або заряджати.

Градієнт легування напівпровідників домішкою одного типу, який наявний в одному з варіантів виконання відомого аналога, не позволяє досягти суттєвого підвищення ККД, збільшення кількості електронів та дірок, які генерують електричний струм у термоелектричних процесах, і, відповідно, підвищення потужності термоелемента в цілому, оскільки дифузійний та дрейфовий струм, що виникають у напівпровідниках, потребують руху як основних, так і не основних носіїв заряду.

Також відомий генератор енергії для транспортного засобу (патент 05 2017211450 АТ, МПК

ЕО1М 5/02, НОТІ 35/22, НОТІ 35/30, НОТІ 35/32, опубліковано 27.07.2017 р.), який включає термоелектричний перетворювач, що включає напівпровідник п-типу, напівпровідник р-типу, розташований між ними напівпровідник із власною провідністю, при цьому ширина забороненої зони напівпровідника із власною провідністю нижча за ширину заборонених зон напівпровідника п-типу та напівпровідника р-типу, а також включає канал для проходження текучого теплоносія, виконаний з можливістю подачі тепла до термоелектричного перетворювача, при цьому термоелектричний перетворювач встановлений відносно каналу із теплоносієм таким чином, що поверхня напівпровідника із власною провідністю перпендикулярна потоку теплоносія.

Недоліками відомого аналога є низька ефективність, потужність, продуктивність та обмежена функціональність, незручність, які обумовлені конструкцією його термоелектричного перетворювача, а саме виконанням напівпровідників без градієнта ширини забороненої зони.

Відомий аналог має низьку ефективність, потужність та продуктивність, оскільки використання однорідно легованих напівпровідників, виконаних без градієнта ширини забороненої зони не дозволяє отримати струм достатньої потужності для живлення більшості побутових електроприладів, швидкого зарядження елементів живлення переносних електронних пристроїв через невелику різність квазірівнів Фермі напівпровідників та обмежену кількість генерованих електронно-діркових пар. Незважаючи на наявність напівпровідника із власною провідністю, який розташований між напівпровідником п-типу та напівпровідником р- типу та є джерелом додаткових електронів, кількість струму, який генерує відомий аналог, в тому числі завдяки наявності р-п переходу, є обмеженою, що відповідно обмежує його функціональність, оскільки відомий аналог може бути використаний лише для зарядження або живлення обмеженого кола пристроїв.

Найближчим аналогом корисної моделі, що заявляється, є термоелектричний генератор (патент ОА 118506 С2, МПК НОТІ. 35/00, опубліковано 25.01.2019 р., Бюл. Мо 2), що включає виконаний із можливістю відбору тепла з навколишнього середовища напівпровідниковий блок.

Термоелектричний генератор містить щонайменше одну пару з'єднаних між собою варизонних напівпровідників, яка складається з варизонного напівпровідника р-типу та варизонного напівпровідника п-типу, при цьому широкозонна сторона Р щонайменше одного варизонного напівпровідника р-типу з'єднана з вузькозонною стороною п щонайменше одного варизонного напівпровідника п-типу, а при наявності іще щонайменше однієї пари варизонних напівпровідників широкозонна сторона М щонайменше одного варизонного напівпровідника п- типу з'єднана з вузькозонною стороною р щонайменше одного варизонного напівпровідника р- типу.

Попри численні переваги найближчого аналога, такі як підвищений ККД, відсутність потреби у підтриманні різниці температур на контактах напівпровідників, економічність використання, простота конструкції та використання, здешевлення процесу виробництва, розширена функціональність та область використання, які зумовлені використанням варизонних напівпровідників та гетеропереходів між ними, взаємним розташуванням варизонних напівпровідників, зокрема їх широкозонних та вузькозонних сторін, для найближчого аналога характерна недостатньо велика продуктивність на одиницю площі, оскільки варизонні напівпровідники найближчого аналога є однорідно легованими, тобто такими, що містять або акцепторні, або донорні домішки, що зменшує різність квазірівнів Фермі варизонних напівпровідників та обмежує генерування електронно-діркових пар.

Крім того, найближчий аналог не містить напівпровідникових матеріалів із власної провідністю, що також обмежує генерування електронно-діркових пар в термоелектричних процесах, які відбуваються під час функціонування найближчого аналога і тим самим обмежує потужність дифузійного та дрейфового струмів. В свою чергу, знижена продуктивність найближчого аналога, яка є наслідком конструктивних особливостей його напівпровідникового блока, викликає потребу у збільшенні площі варизонних напівпровідників та контактних елементів, збільшення габаритних розмірів термоелектричного генератора в цілому, що ускладнює використання найближчого аналога та призводить до підвищених витрат матеріалів.

Зо В основу корисної моделі поставлена задача створення нового напівпровідникового термоелектричного генератора, який характеризується підвищеною ефективністю, потужністю, продуктивністю та розширеною функціональністю.

Поставлена задача вирішується тим, що напівпровідниковий термоелектричний генератор виконаний із можливістю відбору тепла з навколишнього середовища напівпровідникового блока, який містить щонайменше одну пару з'єднаних між собою варизонних напівпровідників, при цьому широкозонна сторона щонайменше одного варизонного напівпровідника з'єднана з вузькозонною стороною щонайменше одного іншого варизонного напівпровідника. Місце з'єднання варизонних напівпровідників виконане із напівпровідниковим матеріалом із власною провідністю, варизонні напівпровідники, з'єднані між собою в пару, виконані із змінним легуванням. При цьому широкозонні сторони попарно з'єднаних варизонних напівпровідників леговані акцепторною домішкою.

Разом з тим, згідно з пропозицією, крайова частина вузькозонної сторони одного з варизонних напівпровідників, яка розташована у місці з'єднання варизонних напівпровідників, виконана з напівпровідникового матеріалу із власною провідністю.

Крім того, згідно з пропозицією, у місці з'єднання варизонних напівпровідників наявний проміжний шар напівпровідникового матеріалу із власною провідністю, через який вони з'єднані.

Також, згідно з пропозицією, зовнішні поверхні напівпровідникового блока виконані з омічними контактами і до кожної зовнішньої поверхні напівпровідникового блока приєднано по виводу.

Разом з тим, згідно з пропозицією, на зовнішніх поверхнях напівпровідникового блока, виконаних з омічними контактами, закріплені контактні елементі, виконані із можливістю відбору тепла з теплоносія, і до кожної зовнішньої поверхні напівпровідникового блока приєднано по виводу.

Окрім того, згідно з пропозицією, напівпровідниковий блок включає пару варизонних напівпровідників, кожен з яких має широкозонну сторону бір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону Се), яка містить германій із власною провідністю, при цьому вузькозонна сторона Се; одного варизонного напівпровідника з'єднана із широкозонною стороною Зір іншого варизонного напівпровідника, а до не з'єднаних між собою сторін варизонних напівпровідників, які є зовнішніми поверхнями напівпровідникового блока, 60 приєднані виводи, і на вказаних зовнішніх поверхнях виконані омічні контакти.

Разом з тим, з пропозицією, напівпровідниковий блок включає пару варизонних напівпровідників, один з яких має широкозонну сторону Зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону Се, яка містить германій із донорною домішкою, інший варизонний напівпровідник має широкозонну сторону зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону сеї, яка містить германій із власною провідністю, між вузькозонною стороною ббеп одного варизонного напівпровідника і широкозонною стороною Зір іншого варизонного напівпровідника розташований проміжний шар германію се; із власною провідністю, через який варизонні напівпровідники з'єднані, а до не з'єднаних із проміжним шаром сторін варизонних напівпровідників, які є зовнішніми поверхнями напівпровідникового блока, приєднані виводи, і на вказаних зовнішніх поверхнях виконані омічні контакти.

Крім того, згідно з пропозицією, напівпровідниковий блок включає пару варизонних напівпровідників, кожен з яких має широкозонну сторону Зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону Се, яка містить германій із донорною домішкою, при цьому між вузькозонною стороною беп одного варизонного напівпровідника і широкозонною стороною бір іншого варизонного напівпровідника розташований проміжний шар германію се; із власною провідністю, через який варизонні напівпровідники з'єднані, а до не з'єднаних із проміжним шаром сторін варизонних напівпровідників, які Є зовнішніми поверхнями напівпровідникового блока, приєднані виводи, і на вказаних зовнішніх поверхнях виконані омічні контакти.

Технічним результатом є підвищення ефективності, потужності та продуктивності термоелектричного генератора із розширенням його функціональності.

У сукупності суттєвих ознак заявленої корисної моделі забезпечується вказаний вище технічний результат за рахунок вдосконалення конструкції напівпровідникового блока, а саме виконання напівпровідникового блока із місцем з'єднання варизонних напівпровідників, яке виконане із напівпровідниковим матеріалом із власною провідністю, варизонними напівпровідниками, широкозонні сторони яких леговані акцепторними домішками, а вузькозонні сторони леговані донорними домішками або виконані з напівпровідникового матеріалу з власною провідністю.

Зо Заявлений напівпровідниковий термоелектричний генератор має підвищену ефективність, потужність та продуктивність з наступних причин.

Внаслідок виконання напівпровідників варизонними, тобто з хімічних елементів або їх сполук, що мають неоднакову ширину забороненої зони, у кожному з напівпровідників напівпровідникового блока наявна широкозонна сторона, яка містить хімічний елемент або сполуку, що має велику ширину забороненої зони, та вузькозонна сторона, яка містить хімічний елемент або сполуку, що має ширину забороненої зони, меншу за ширину відповідного матеріалу широкозонної сторони. При цьому внаслідок варизонного характеру напівпровідника ширина забороненої зони поступово зменшується разом із поступовою зміною у хімічному складі напівпровідника у одному напрямку, від широкозонної сторони до вузькозонної сторони.

Таке виконання напівпровідників разом із змінним легуванням та виконанням широкозонної сторони із акцептгорною домішкою дозволяє при нагріванні контактних поверхонь омічних контактів навколишнім середовищем або теплоносієм та при наступному рівномірному нагріванні варизонних напівпровідників отримати електрорушійну силу, що переміщує вільні носії заряду від вузькозонних сторін варизонних напівпровідників, де концентрація вказаних носіїв заряду вища, до широкозонних сторін варизонних напівпровідників, де концентрація вказаних носіїв заряду нижча.

Таким чином у варизонних напівпровідниках виникає дифузійний електричний струм у напрямку від вузькозонної сторони, яка має вищу концентрацію вільних носіїв заряду, до широкозонної сторони, яка має нижчу концентрацію носіїв заряду. При цьому змінне легування значно посилює електрорушійну силу, оскільки внаслідок вирівнювання квазірівнів Фермі між сторонами варизонного напівпровідника, легованого зазначеним чином, виникає вбудоване поле, що збігається з полем, викликаним варизонністю напівпровідника, що призводить до посилення останнього, а також забезпечує сторони варизонних напівпровідників необхідною кількістю основних і неосновних носіїв заряду. Внаслідок виникнення вказаного дифузійного струму у протилежних частинах варизонних напівпровідників виникають об'ємні заряди, що призводить до виникнення дрейфового струму, який має напрямок, протилежний напрямку дифузійного струму.

Разом з тим вказане вище виконання напівпровідникового блока та варизонних напівпровідників призводить до виникнення зворотної напруги, зміщення гетеропереходу, бо виникнення теплового струму та струму термогенерації у місці з'єднання варизонних напівпровідників, в якому утворений гетероперехід. Таким чином відбувається рух неосновних носії заряду через гетероперехід. При цьому електрорушійна сила, яке виникає у варизонних напівпровідниках, сприяє руху неосновних носіїв заряду через гетероперехід та від вузькозонних сторін варизонних напівпровідників до широкозонних сторін напівпровідників з їх перетворенням на основні носії заряду та посиленням дифузійного та дрейфового струму у варизонних напівпровідниках.

При цьому матеріал із власною провідністю, розташований в місці з'єднання варизонних напівпровідників, є джерелом носіїв заряду, як електронів, так і дірок, у кількості, необхідній для підтримання посиленого струму термогенерації у гетеропереході.

Таким чином сукупний струм, що виробляє заявлений напівпровідниковий термоелектричний генератор, складається з дифузійного та дрейфового струму у напівпровідниках, теплового струму та струму термогенерації у гетеропереході, розташованому у місці з'єднання варизонних напівпровідників, і є більш потужним, ніж дрейфовий та дифузійний струм, що виробляє найближчий аналог, при однакових або менших габаритних розмірах та площі варизонних провідників, що свідчить про підвищення ефективності термоелектричного генератора та його продуктивності на одиницю площі. Підвищена потужність струму, в свою чергу, дозволяє розширити функціональність та область використання заявленого напівпровідникового термоелектричного генератора, оскільки дозволяє заряджати або живити пристрої, які потребують відповідно більш потужних джерел струму, що дозволяє використовувати заявлений термоелектричний генератор у випадках, в яких використання найближчого аналогу та будь-яких інших подібних термоелектричних генераторів, є неможливим.

Підвищення ККД заявленого термоелектричного генератора досягається за рахунок того, що при вказаному вище виконанні напівпровідникового блока для отримання струму не використовують ефект Зеєбека, що, в свою чергу, усуває потребу у витратах енергії на підтримання різниці температур на контактах напівпровідників та одночасне нагрівання та охолодження напівпровідників, а також потребу у використанні складного обладнання для вказаних вище операцій. Фактично для ефективної роботи заявленого термоелектричного генератора необхідно нагрівати виключно зовнішні поверхні напівпровідникового блока, що

Зо може бути здійснено шляхом простого контакту вказаних складових елементів з випромінюванням у навколишньому середовищі або нагрітим теплоносієм, таким як повітря або вода, причому таке нагрівання може бути побічним ефектом роботи іншого пристрою, наприклад, котла або сонячного колектора. При цьому більша частина теплової енергії, яка нагріває контактні поверхні омічних контактів, переходить у тепловий рух носіїв заряду у варизонних напівпровідниках, а теплова енергія, яку виділяє термоелектричний генератор в процесі роботи, розсіюється у закритому об'ємі з теплоносієм та може бути використана для нагрівання контактних поверхонь омічних контактів.

При цьому підвищується зручність та спрощується використання заявленого термоелектричного генератора завдяки зменшенню габаритних розмірів напівпровідникового термоелектричного генератора, зокрема, його площі, оскільки для генерування потужного струму достатньо термоелектричного генератора із варизонними напівпровідниками невеликої площі або сукупності таких термоелектричних генераторів, встановлених паралельно.

Виконання зовнішніх поверхонь напівпровідникового блока з омічними контактами дозволяє зменшити потенційний бар'єр між напівпровідником і металом омічного контакту, що зменшує витрати електрорушійної сили на подолання зазначеного бар'єру носіями заряду, що, в свою чергу, зменшує витрати енергії і підвищує продуктивність і ефективність заявленого термоелектричного генератора. Приєднання до кожної зовнішньої поверхні напівпровідникового блока виводу необхідне для підключення заявленого термоелектричного генератора до навантаження, перетворювача струм-напруга або іншого подібного пристрою та утворення електричного ланцюга.

Закріплення на зовнішніх поверхнях напівпровідникового блока, виконаних з омічними контактами, контактних елементів, виконаних із можливістю відбору тепла з теплоносія, підвищує зручність використання заявленого термоелектричного генератора, оскільки усуває потребу у закріпленні вказаних контактних елементів на засобах або пристроях, які містять або переносять теплоносій, і робить заявлений напівпровідниковий термоелектричний генератор готовим до встановлення у будь-який відповідний пристрій або засіб для переносу теплоносія без виконання додаткових операцій та відповідних витрат часу.

Суть корисної моделі пояснюють креслення.

На фіг. 1 вигляд заявленого напівпровідникового термоелектричного генератора у варіанті бо виконання, в якому напівпровідниковий блок включає пару варизонних напівпровідників, кожен з яких має широкозонну сторону Зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону Се, яка містить германій із власною провідністю, при цьому вузькозонна сторона Се; одного варизонного напівпровідника з'єднана із широкозонною стороною Зір іншого варизонного напівпровідника, а до не з'єднаних між собою сторін варизонних напівпровідників, які є зовнішніми поверхнями напівпровідникового блока, приєднані виводи, і на вказаних зовнішніх поверхнях виконані омічні контакти.

На фіг. 2 вигляд заявленого напівпровідникового термоелектричного генератора у варіанті виконання, в якому напівпровідниковий блок включає пару варизонних напівпровідників, один з яких має широкозонну сторону Зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону Сеп, яка містить германій із донорною домішкою, інший варизонний напівпровідник має широкозонну сторону Зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону Се), яка містить германій із власною провідністю, між вузькозонною стороною Сеп одного варизонного напівпровідника і широкозонною стороною б5ір іншого варизонного напівпровідника розташований проміжний шар германію Се; із власною провідністю, через який варизонні напівпровідники з'єднані, а до не з'єднаних із проміжним шаром сторін варизонних напівпровідників, які є зовнішніми поверхнями напівпровідникового блока, приєднані виводи, і на вказаних зовнішніх поверхнях виконані омічні контакти.

На фіг. З вигляд заявленого напівпровідникового термоелектричного генератора у варіанті виконання, в якому напівпровідниковий блок включає пару варизонних напівпровідників, кожен з яких має широкозонну сторону Зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону (Сет, яка містить германій із донорною домішкою, при цьому між вузькозонною стороною Сеп одного варизонного напівпровідника і широкозонною стороною б5ір іншого варизонного напівпровідника розташований проміжний шар германію Се; із власною провідністю, через який варизонні напівпровідники з'єднані, а до не з'єднаних із проміжним шаром сторін варизонних напівпровідників, які є зовнішніми поверхнями напівпровідникового блока, приєднані виводи, і на вказаних зовнішніх поверхнях виконані омічні контакти.

У зображеннях використані наступні умовні позначення:

Зір - широкозонна сторона варизонного напівпровідника, що складається з кремнію з акцепторною домішкою у варіанті виконання;

Зо Се - вузькозонна сторона варизонного напівпровідника, що складається з германію із власною провідністю у варіанті виконання;

Себп - вузькозонна сторона варизонного напівпровідника, що складається з германію із донорною домішкою у варіанті виконання;

Се! - проміжний шар германія із власною провідністю; пт - рух теплоносія

ПТ тк дрейфовий струм киця шу й ди фузійний струм ченнннену тепловий струм пити тт ик. струм термогенерації пиатаннятттттеи

На кресленнях схематично зображені переважні, але не виключні варіанти виконання заявленого напівпровідникового термоелектричного генератора, який включає напівпровідниковий блок 1, який містить пару з'єднаних варизонних напівпровідників 2, два омічних контакти З та два виводи 4. Крім того на кресленнях спрощено та схематично позначені напрямки дифузійного та дрейфового струму, теплового струму та струму термогенерації, а також структура та матеріали варизонних напівпровідників 2.

Під термоелектричним генератором або термоелектрогенератором, у даному випадку, розуміють пристрій, який здійснює перетворення теплової енергії в електричний струм.

У зображених варіантах виконання напівпровідниковий блок 1 містить з'єднані у пару варизонні напівпровідники 2, виконані із змінним легуванням. У переважному варіанті виконання варизонні напівпровідники 2 нероз'ємно з'єднані між собою або з проміжним шаром 6 спаюванням, зрощенням або іншим подібним способом, із утворенням гетеропереходу у місці з'єднання попарно з'єднаних варизонних напівпровідників 2. Широкозонні сторони попарно з'єднаних варизонних напівпровідників 2 виконані із акцепторною домішкою.

Місце з'єднання варизонних напівпровідників 2 виконане із напівпровідниковим матеріалом із власною провідністю. У варіанті виконання заявленого напівпровідникового термоелектричного генератора, зображеному на Фіг. 1 крайова частина вузькозонної сторони одного з варизонних напівпровідників 2, яка розташована у місці з'єднання варизонних напівпровідників 2, виконана з напівпровідникового матеріалу із власною провідністю. У варіантах виконання заявленого напівпровідникового термоелектричного генератора, зображених на Фіг. 2 та 3, у місці з'єднання варизонних напівпровідників 2 наявний проміжний шар 6, який виконаний з напівпровідникового матеріалу із власною провідністю та через який з'єднані варизонні напівпровідники 2. У всіх зазначених вище варіантах виконання напівпровідниковим матеріалом із власною провідністю є германій. Разом з тим таким матеріалом може бути будь-який матеріал, який має ширину забороненої зони меншу за ширину забороненої зони широкозонних сторін варизонних напівпровідників 2.

У переважному варіанті виконання, зображеному на Фіг. 1, кожен з варизонних напівпровідників 2 складається з широкозонної сторони Зір, яка складається з кремнію, легованого акцепторною домішкою, вузькозонної сторони Се, яка складається з германію із власною провідністю, та проміжкової зони між ними зі змішаним хімічним складом, в якій поступово зменшується вміст германію та збільшується вміст кремнію по напрямку до широкозонної сторони.

У переважному варіанті виконання, зображеному на Фіг. 2, один з варизонних напівпровідників 2 має широкозонну сторону Зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону Сбеп, яка містить германій із донорною домішкою, інший варизонний напівпровідник 2 - широкозонну сторону Зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону Се, а між вузькозонною стороною (16п одного варизонного напівпровідника 2 і широкозонною стороною Зір іншого варизонного напівпровідника 2 розташований проміжний шар 6 германію се із власною провідністю, через який з'єднані варизонні напівпровідники 2.

У переважному варіанті виконання, зображеному на Фіг. З, кожен з варизонних напівпровідників 2 має широкозонну сторону Зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону Сен, яка містить германій із донорною домішкою, при цьому між вузькозонною стороною (Сеп одного варизонного напівпровідника 2 і широкозонною стороною Зір іншого варизонного напівпровідника 2 розташований проміжний шар 6 германія

Се; із власною провідністю, через який з'єднані варизонні напівпровідники 2.

Разом з тим варизонні напівпровідники 2 можуть бути виконані з будь-яких напівпровідникових матеріалів, які мають різну ширину забороненої зони та можуть бути

Зо об'єднані у варизонному напівпровіднику з урахуванням викладених вище умов. Також у переважному виконанні акцепторною домішкою для широкозонних сторін варизонних напівпровідників 2 є трьохвалентний бор, а донорною домішкою для вузькозонних сторін варизонних напівпровідників 2 у відповідних варіантах виконання є п'ятивалентний фосфор.

Проте як акцепторна та донорна домішки можуть бути використані інші подібні матеріали відповідно до напівпровідникових матеріалів, з яких складаються варизонні напівпровідники 2.

У зображених варіантах виконання заявленої корисної моделі варизонні напівпровідники 2 виконані у вигляді пластин, та з'єднані у горизонтальній площині. Варизонні напівпровідники 2 можуть бути вироблені методом рідкофазної епітаксії, газофазної іонно-пучкової епітаксії, дифузії або шляхом напилювання германію та кремнію на підкладку з алюмінію або нікелю.

Разом з тим як підкладку можуть бути використані інші матеріали, які відповідають властивостям матеріалів варизонних напівпровідників.

Два омічних контакти З виконані на зовнішніх поверхнях напівпровідникового блока 1, які є зовнішніми поверхнями варизонних напівпровідників 2. У зображеному варіанті виконання омічні контакти З являють собою нероз'ємно з'єднані із зовнішніми поверхнями напівпровідникового блока 1 горизонтально орієнтовані пластини, які у переважному варіанті виконання заявленої корисної моделі виконані з алюмінію. Разом з тим омічні контакти З можуть бути виконані з іншого матеріалу, який має високу теплопровідність, хімічну стійкість та стійкість до дії високої температури.

Два виводи 4 приєднані до вузькозонної сторони одного варизонного напівпровідника 2 та до широкозонної сторони іншого варизонного напівпровідників 2, зовнішні поверхні яких є зовнішніми поверхнями напівпровідникового блока 1. У переважному варіанті виконання виводи 4 приєднані до вказаних поверхонь варизонних напівпровідника 2 та омічних контактів З і вкриті ізоляційним покриттям. Матеріалом металевих контактів для виводів 4 може бути, наприклад, мідь або інші хімічні елементи з вираженими металевими властивостями.

У зображеному варіанті виконання заявлений напівпровідниковий термоелектричний генератор розташований між двома засобами переносу теплоносія 5, по яким проходить рідкий або газоподібний теплоносій. Такими засобами переносу теплоносія можуть бути, наприклад, труби змійовика сонячного колектору, складові частини обігрівальних пристроїв або інші подібні засоби.

Заявлений напівпровідниковий термоелектричний генератор використовують наступним чином.

Контакти виводів 4 під'єднують, наприклад, до перетворювача струм-напруга, утворюючи електричний ланцюг, та поміщають заявлений напівпровідниковий термоелектричний генератор між засобами переносу теплоносія 5 таким чином, щоб омічні контакти З вступали у безпосередній контакт з поверхнями засобів для переносу теплоносія 5 або з контактними елементами, виконаними із можливістю відбору тепла з теплоносія, у відповідному варіанті виконання заявленого термоелектричного генератора. Після цього теплоносій, що знаходиться у вказаних засобах для переносу 5, нагрівають зовнішнім джерелом тепла, наприклад, за допомогою палива, газу або акумульованими сонячними променями.

Теплова енергія з теплоносія проходить крізь омічні контакти 3, через зовнішні поверхні напівпровідникового блока 1 та рівномірно нагріває варизонні напівпровідники 2, що запускає процес роботи заявленого термоелектричного генератора. Внаслідок руху носіїв заряду між сторонами варизонних напівпровідників 2 та через утворений між варизонними напівпровідниками 2 гетероперехід виникають дифузійний струм, дрейфовий струм, тепловий струм та струм термогенерації, причому напрямки дифузійного струму, струму термогенерації та теплового струму співпадають.

Таким чином в утвореному електричному ланцюгу з'являється електричний струм, який через виводи 4 направляється, наприклад, до перетворювача або перетворювачів струм- напруга і може бути використаний для живлення побутових електроприладів, технічного обладнання, заряджання елементів живлення переносних електронних пристроїв та іншого.

При цьому нагрівання теплоносія 5 не потребує великих витрат енергії та складного обладнання, а його інтенсивність легко контролюється користувачем заявленого напівпровідникового термоелектричного генератора. Для припинення роботи заявленого термоеєлектричного генератора достатньо від'єднати дроти виводів 4 від пристрою, що замикає електричний ланцюг або припинити нагрівання теплоносія 5, або вилучити заявлений напівпровідниковий термоелектричний генератор з простору між засобами для переносу теплоносія 5.

При цьому слід враховувати, що кожен з трьох переважних варіантів виконання заявленого

Зо напівпровідникового термоелектричного генератора, вказаних вище, має оптимальну продуктивність при певній температурі теплоносія. Так варіант заявленого напівпровідникового термоелектричного генератора, зображений на Фіг. 1, використовують у випадку, якщо температура теплоносія є рівною або вищою за температуру, при якій електрони вузькозонних сторін варизонних напівпровідників 2 набувають необхідної енергії для перетворення на носії заряду. Варіант заявленого напівпровідникового термоелектричного генератора, зображений на

Фіг. 2, використовують у випадку, якщо температура теплоносія є рівною або нижчою за температуру, при якій електрони вузькозонних сторін варизонних напівпровідників 2 набувають необхідної енергії для перетворення на носії заряду. Варіант заявленого напівпровідникового термоелектричного генератора, зображений на Фіг. З, використовують у випадку, якщо температура теплоносія є суттєво нижчою за температуру при якій електрони вузькозонних сторін варизонних напівпровідників 2 набувають необхідної енергії для перетворення на носії заряду.

Також для збільшення потужності струму, що виробляється, декілька заявлених термоелектричних генераторів можуть бути паралельно з'єднані через металеві контакти, розташовані між зовнішніми поверхнями напівпровідникових блоків 1.

В існуючих джерелах патентної та науково-технічної інформації не виявлений напівпровідниковий термоелектричний генератор, який має заявлену сукупність суттєвих ознак, тому представлене технічне рішення відповідає критерію "новизна".

Запропоноване технічне рішення є промислово придатним, оскільки не містить у своєму складі жодних конструктивних елементів чи матеріалів, які неможливо відтворити на сучасному етапі розвитку техніки в умовах промислового виробництва.

Claims (8)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Напівпровідниковий термоелектричний генератор, що виконаний із можливістю відбору тепла з навколишнього середовища напівпровідникового блока, який містить щонайменше одну пару з'єднаних між собою варизонних напівпровідників, при цьому широкозонна сторона щонайменше одного варизонного напівпровідника з'єднана з вузькозонною стороною щонайменше одного іншого варизонного напівпровідника, який відрізняється тим, що місце бо з'єднання варизонних напівпровідників виконане із напівпровідниковим матеріалом із власною провідністю, варизонні напівпровідники, з'єднані між собою в пару, виконані із змінним легуванням, при цьому широкозонні сторони попарно з'єднаних варизонних напівпровідників леговані акцепторною домішкою.

2. Напівпровідниковий термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що крайова частина вузькозонної сторони одного з варизонних напівпровідників, яка розташована у місці з'єднання варизонних напівпровідників, виконана з напівпровідникового матеріалу із власною провідністю.

3. Напівпровідниковий термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що у місці з'єднання варизонних напівпровідників наявний проміжний шар напівпровідникового матеріалу із власною провідністю, через який вони з'єднані.

4. Напівпровідниковий термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що зовнішні поверхні напівпровідникового блока виконані з омічними контактами, і до кожної зовнішньої поверхні напівпровідникового блока приєднано по виводу.

5. Напівпровідниковий термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що на зовнішніх поверхнях напівпровідникового блока, виконаних з омічними контактами, закріплені контактні елементі, виконані із можливістю відбору тепла з теплоносія, і до кожної зовнішньої поверхні напівпровідникового блока приєднано по виводу.

6. Напівпровідниковий термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що напівпровідниковий блок включає пару варизонних напівпровідників, кожен з яких має широкозонну сторону Зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону Се, яка містить германій із власною провідністю, при цьому вузькозонна сторона Се; одного варизонного напівпровідника з'єднана із широкозонною стороною 5ір іНшого варизонного напівпровідника, а до не з'єднаних між собою сторін варизонних напівпровідників, які є зовнішніми поверхнями напівпровідникового блока, приєднані виводи, і на вказаних зовнішніх поверхнях виконані омічні контакти.

7. Напівпровідниковий термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що напівпровідниковий блок включає пару варизонних напівпровідників, один 3 яких має широкозонну сторону Зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону Сеп, яка містить германій із донорною домішкою, інший варизонний Зо напівпровідник має широкозонну сторону бір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону Се), яка містить германій із власною провідністю, між вузькозонною стороною Сеп одного варизонного напівпровідника і широкозонною стороною б5ір іншого варизонного напівпровідника розташований проміжний шар германію Се; із власною провідністю, через який варизонні напівпровідники з'єднані, а до не з'єднаних із проміжним шаром сторін варизонних напівпровідників, які є зовнішніми поверхнями напівпровідникового блока, приєднані виводи, і на вказаних зовнішніх поверхнях виконані омічні контакти.

8. Напівпровідниковий термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що напівпровідниковий блок включає пару варизонних напівпровідників, кожен з яких має широкозонну сторону Зір, яка містить кремній, легований акцепторною домішкою, та вузькозонну сторону (Сет, яка містить германій із донорною домішкою, при цьому між вузькозонною стороною Сеп одного варизонного напівпровідника і широкозонною стороною б5ір іншого варизонного напівпровідника розташований проміжний шар германію Се; із власною провідністю, через який варизонні напівпровідники з'єднані, а до не з'єднаних із проміжним шаром сторін варизонних напівпровідників, які є зовнішніми поверхнями напівпровідникового блока, приєднані виводи, і на вказаних зовнішніх поверхнях виконані омічні контакти.

я 75 з я є Яма "зі і

Е . і дея І й г дя І Я ? І о Ї к ; ї е Е і іще й Е НВ з Сів х х ! би й Е НЕ : х « і Ї а Е НЕ Н т . - Ї га Е В к ще жк в я : ІВ ; я. . | Я ІЗ У ї з хі. у Ж. Ї че ; ех шо ж х Я Ме У і : Й ї ій М ц і ех х -х ч х Я ту -

є. : і, ц Я Ка й З : : г - - Е й й І п : 5: : т : Шй с ї НВ : шо - ре ке ! НЕ ЯК; і Ії Е : р ; КЕ ЕЕ ї НЕ : ї я В х Е 1: с з. жк ня й їй Е Не ї ЕІ ! 7 ї - : с; : Боу -й т Е КУ й жу Я ан І т Я и І ї пт ї й. ї пек хоггтттттстссссссссссссссссєсссєєссссх теку ; стле Їх тона Я

Фіг.1 р! г 2 кн вс нс свсяс вс сясяс вс сясясяс сс сясясвс с свсясясвс сс. ж Шан -

вет. ІЕЕ : й і хг ї п т я КО ж : й івковяє : Щ х х ж Е "За нн ї Щ ІУ ін й - "арх і БО ЩА : : но: к ї ж ї Фе Е а ві | - х Її У Н не Жук і Е ос ї ГУ У ж екю йо й ї : ЕХ х - Ша А Тех 4 Ї М: Сь док Ки З ї ше? мі - ж й до й ї Х ЩЕ х Я ж Ї Дикое ре що ши ни як , ї Щі т ан - Е шк й ї ЩІ х ж ІЗ ех ї ї ВН : я « с Ка : Я й Ще ї ж х ку ій ч ї У х Я ча а : і " 5 їй ль іі залжж

: в. чення ; Не а ; тло Ї фл» КАК ран Я тлу - - х винна ання поетеси бе їх й

! . г : Я - ее ше 2. р їх ї5 и гз ї | ша о : Се 1, щи и КЕ : шї ж ні у й є Ша к Ффіг.З