WO2013112063A1 - Генератор и способ преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию - Google Patents
Генератор и способ преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию Download PDFInfo
- Publication number
- WO2013112063A1 WO2013112063A1 PCT/RU2012/000028 RU2012000028W WO2013112063A1 WO 2013112063 A1 WO2013112063 A1 WO 2013112063A1 RU 2012000028 W RU2012000028 W RU 2012000028W WO 2013112063 A1 WO2013112063 A1 WO 2013112063A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- generator
- energy
- electromagnetic radiation
- elements
- electrical energy
- Prior art date
Links
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 10
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 claims description 3
- WPPDFTBPZNZZRP-UHFFFAOYSA-N aluminum copper Chemical compound [Al].[Cu] WPPDFTBPZNZZRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N copper zinc Chemical compound [Cu].[Zn] TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Definitions
- the invention relates to generators of direct conversion of electromagnetic radiation into electrical energy, and can be used as a source of EMF in autonomous systems with a long service life, for example, in indicator devices.
- a vacuum photodiode that converts the energy of light into EMF, where it acts as a direct conversion generator in load circuits (V.A. Volkov et al. Handbook of Optical Radiation Receivers, Kiev,technika, 1985, p. 72). These generators have very low efficiency. This is due to the fact that special cathode preparation is required for current generation (heating is required). The cathode design is also complex - as a rule, this is a tungsten filament having an alkaline earth screen.
- the closest generator for the direct conversion of the light energy of radiation into emf is a solar photocell (V.A. Volkov et al. Handbook of Optical Radiation Receivers, Kiev, “Technika”, 1985, p.6, 150-151).
- the generator is based on contact-diffusely connected at least two elements, one of which is a semiconductor with hole conductivity, for example, silicon, and the other with electronic conductivity - this can be either a semiconductor or a metal.
- Energy is converted when the photocell is exposed to a narrow radiation spectrum (for example, green for silicon), in a narrow temperature range (G. Rauschenbakh, Solar Design Guide, Energoatomizdat, 1983, p.95).
- the technical result of the invention is to expand the range of the exposure spectrum of the radiation and the temperature range functioning, as well as cheaper technology through the use of less expensive materials.
- the generator contains connected contact-diffusely at least two elements made of metals with different electron output energies and closed by an external load circuit.
- the technical result is also achieved by the method of energy conversion, which consists in the fact that they act by electromagnetic radiation on the contact-diffusely connected generator elements made of metals with different electron output energies and closed by an external load circuit.
- the energy of the visible spectrum, infrared, ultraviolet, microwave, x-ray, ⁇ , ⁇ or ⁇ radiation can be used as electromagnetic radiation.
- Energy conversion is carried out due to the different work on the exit of electrons from the surface of different conductors with an energy sufficient to overcome the contact potential difference.
- the electron exit process is not affected by the temperature range and radiation spectrum.
- Figure 1 shows a General view of the generator segment, where 1 is the generator element, 2 is the surface of the connection of elements, 3 is the external load circuit.
- the device operates as follows. The required number of generator segments to achieve a given current and voltage is connected to the external load circuit by parallel and serial connection.
- the segments of the generator elements are irradiated with a source of electromagnetic radiation (for example, a halogen lamp to obtain the visible spectrum, a microwave generator to obtain the microwave range, etc.).
- a source of electromagnetic radiation for example, a halogen lamp to obtain the visible spectrum, a microwave generator to obtain the microwave range, etc.
- the occurrence of EMF registers an external load circuit.
- the experimental base includes:
- a photovoltaic generator consisting of blast-welded aluminum plates A1 of size 100x3x2 mm and copper plates of Cu dimensions 100x3x1 mm. The number of segments (bimetallic elements) 30, the contact area of contact of one element 300 mm 2 .
- Measuring instruments microammeter F195, N21627, 1988; light meter U1 17, 7765, 1991; TTZh-M thermometer, N ° 05377, 2005; monochromatic light source; Navigator NH-J78 halogen lamp, 2010; Digital Multimeter DT838, 06140349, 2009
- FIG. Figures 2-4 show diagrams of the dependence of the current strength, voltage, and resistance of the current flowing through the load on the illumination of the generator, respectively
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к генераторам прямого преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию, и может быть использовано в качестве источника ЭДС в автономных системах с длительным ресурсом работы, например, в индикаторных приборах. Техническим результатом изобретения является расширение диапазона воздействующего спектра облучения и температурного интервала функционирования, а также удешевление технологии за счёт использования менее дорогих материалов. Технический результат достигается тем, что генератор содержит соединённые контактно-диффузно по крайней мере два элемента, выполненные из металлов с разной энергией выхода электронов, и замкнутые цепью внешней нагрузки. Технический результат достигается также способом преобразования энергии, заключающегося в том, что воздействуют электромагнитным излучением на соединённые контактно-диффузно элементы генератора, выполненные из металлов с разной энергией выхода электронов, и замкнутые цепью внешней нагрузки.
Description
Генератор и способ преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию
Область техники
Изобретение относится к генераторам прямого преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию, и может быть использовано в качестве источника ЭДС в автономных системах с длительным ресурсом работы, например, в индикаторных приборах.
Предшествующий уровень техники
Известен вакуумный фотодиод, преобразующий энергию света в ЭДС, где он в цепях нагрузки выполняет роль генератора прямого преобразования (В .А. Волков и др., Справочник по приемникам оптического излучения, Киев, «Техника», 1985г. с.72). У этих генераторов очень низкий КПД. Это связано с тем, что для генерации тока необходима специальная подготовка катода (требуется разогрев). Сложность имеет и конструкция катода - как правило, это вольфрамовая нить, имеющая щелочноземельный экран. Также необходима вакуумная откачка газа между катодом и анодом, кроме того, требуется температурная стабилизация катода (при низкой температуре энергия воздействия фотонов будет меньше энергии выхода электронов с катода, а при высокой температуре произойдет испарение атомов катода, что заблокирует процесс преобразования энергии фотонов в ЭДС. Из параметров ограничивающих широкое применение данных генераторов является очень незначительный, так называемый ток насыщения, при увеличении которого
возникает разность потенциалов между анодом и катодом, блокирующего фототок.
Наиболее близким генератором прямого преобразования световой энергии излучения в ЭДС, является солнечный фотоэлемент (В .А. Волков и др., Справочник по приемникам оптического излучения, Киев, «Техника», 1985г. с.6, 150-151). Основу генератора составляют контактно-диффузно соединённые, по крайней мере, два элемента, один из которых полупроводник с дырочной проводимостью, например, кремниевый, а другой с электронной проводимостью - это может как полупроводник, так и металл. Преобразование энергии осуществляется при воздействии на фотоэлемент узкого спектра излучения (например, зелёного - для кремния), в узком интервале температур (Г.Раушенбах, Справочник по проектированию солнечных батарей, Энергоатомиздат, 1983 г., с.95). Основную роль в процессе преобразования световой энергии играет η-ρ-переход. При отсутствии освещенности суммарный ток равен нулю. При освещении полупроводника фотоны отдают часть своей энергии валентным электронам, поднимая уровень их энергии до величины, необходимой для перехода в зону проводимости. В результате разности концентрации носителей зарядов в полупроводниках типа n-ρ усиливается движение носителей зарядов и на электродах фотоэлемента возникает «фото-ЭДС». Под воздействие возникшей ЭДС в нагрузке, включенной в замкнутую внешнюю цепь фотоэлемента, проходит ток, пропорциональный интенсивности освещения.
Данные генераторы имеют ряд недостатков: узкую спектральную полосу воздействующего светового потока, сравнительно небольшой температурный интервал функционирования, необходимость высокой степени очистки полупроводникового элемента, что удорожает изделие.
Техническим результатом изобретения является расширение диапазона воздействующего спектра облучения и температурного интервала
функционирования, а также удешевление технологии за счёт использования менее дорогих материалов.
Раскрытие изобретения
Технический результат достигается тем, что генератор содержит соединённые контактно-диффузно по крайней мере два элемента, выполненные из металлов с разной энергией выхода электронов, и замкнутые цепью внешней нагрузки.
Технический результат достигается также способом преобразования энергии, заключающегося в том, что воздействуют электромагнитным излучением на соединённые контактно-диффузно элементы генератора, выполненные из металлов с разной энергией выхода электронов, и замкнутые цепью внешней нагрузки.
В качестве электромагнитного излучения может быть использована энергия видимого спектра, инфракрасного, ультрафиолетового, СВЧ- диапазона, рентгеновского излучения, α, β или γ излучения.
В качестве элементов генератора могут быть использованы пары алюминий-медь, медь-цинк и др.
Преобразование энергии осуществляется за счёт различной работы по выходу электронов с поверхности разных проводников с энергией, достаточной для преодоления контактной разности потенциалов. На процесс выхода электронов не влияет диапазон температуры и спектра излучения.
Описание чертежей
На фиг.1 приведён общий вид сегмента генератора, где 1 -элемент генератора, 2-поверхность соединения элементов, 3- цепь внешней нагрузки.
Устройство работает следующим образом. Необходимое количество сегментов генератора для достижения заданного тока и напряжения подключают к цепи внешней нагрузки параллельным и последовательным их соединением. Облучают сегменты элементов генератора источником электромагнитного излучения (например, галогенной лампой для получения видимого спектра, генератором СВЧ для получения диапазона СВЧ и т.д.). Возникновении ЭДС регистрирует внешняя цепь нагрузки.
Варианты выполнения
Ниже приведены примеры осуществления изобретения.
Пример.
Экспериментальная база включает:
1) . Фотогальванический генератор, состоящий из полученных методом взрывной сварки пластин алюминия А1 размерами 100x3x2 мм и пластин меди Си размерами 100x3x1 мм. Количество сегментов (биметаллических элементов) 30, контактная площадь соприкосновения одного элемента 300 мм2.
2) . Измерительные приборы: микроамперметр Ф195, N21627, 1988 г.; люксметр Ю1 17, 7765, 1991 г.; термометр ТТЖ-М, N° 05377, 2005 г.; источник монохроматического света галогенная лампа Navigator NH-J78, 2010 г.; мультиметр Digital Multimeter DT838, 06140349, 2009 г.
В результате эксперимента, проведённого при температуре окружающей среды +26°С получена зависимость протекания тока через нагрузку от интенсивности освещенности. На фиг. 2-4 приведены диаграммы зависимости соответственно силы тока, напряжения и сопротивления тока, протекающего через нагрузку от освещённости генератора
Как следует из приведённых диаграмм, при разности потенциалов, получаемой от контакта алюминия и меди -1 ,74 эВ (Р.А.Лидин и др.
Справочник по неорганической химии, Москва, химия, 1987 г., с. 125-127), возникает ЭДС, изменяющаяся пропорционально освещённости.
Аналогичные результаты были получены при температуре +5 °С, - 10°С. Аналогичные результаты были получены при облучении ультрафиолетовым, солнечным, инфракрасным светом и в дециметровом диапазоне.
Аналогичные результаты были получены при использовании элементов, состоящих из пластин меди Си и цинка Zn (при разности потенциалов 1,66 эВ), пластин меди Си и свинца РЬ (при разности потенциалов 0,31 эВ).
Claims
1. Генератор преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию, характеризующийся тем, что содержит соединённые контактно-диффузно по крайней мере два элемента, выполненные из металлов с разной энергией выхода электронов, и замкнутые цепью внешней нагрузки.
2. Генератор по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве элементов генератора используют пары алюминий-медь или медь-цинк.
3. Способ преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию, заключающийся в том, что воздействуют электромагнитным излучением на соединённые контактно-диффузно элементы генератора, выполненные из металлов с разной энергией выхода электронов, и замкнутые цепью внешней нагрузки.
4. Способ по п.З, заключающийся в том, что воздействуют излучением с энергией или видимого спектра, или инфракрасного, или ультрафиолетового, или СВЧ- диапазона, или рентгеновского излучения, или а, или β, или γ излучения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2012/000028 WO2013112063A1 (ru) | 2012-01-24 | 2012-01-24 | Генератор и способ преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2012/000028 WO2013112063A1 (ru) | 2012-01-24 | 2012-01-24 | Генератор и способ преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2013112063A1 true WO2013112063A1 (ru) | 2013-08-01 |
Family
ID=48873715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2012/000028 WO2013112063A1 (ru) | 2012-01-24 | 2012-01-24 | Генератор и способ преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2013112063A1 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2355066C2 (ru) * | 2006-06-08 | 2009-05-10 | Броня Цой | Преобразователь электромагнитного излучения |
| RU87569U1 (ru) * | 2009-06-25 | 2009-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" | Германиевый планарный фотодиод |
-
2012
- 2012-01-24 WO PCT/RU2012/000028 patent/WO2013112063A1/ru active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2355066C2 (ru) * | 2006-06-08 | 2009-05-10 | Броня Цой | Преобразователь электромагнитного излучения |
| RU87569U1 (ru) * | 2009-06-25 | 2009-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" | Германиевый планарный фотодиод |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Sovetskaia Entsiklopedüa", BOLSHAIA SOVETSKAIA ENTSIKLOPEDIIA, 1978, MOSKVA, IZDATELSTVO, pages 459 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | A high-performance ultraviolet solar-blind photodetector based on a β-Ga 2 O 3 Schottky photodiode | |
| Yan et al. | High sensitivity and fast response self-powered solar-blind ultraviolet photodetector with a β-Ga 2 O 3/spiro-MeOTAD p–n heterojunction | |
| Liu et al. | Lead‐free Cs3Sb2Br9 Single crystals for high performance narrowband photodetector | |
| Tang et al. | Photovoltaic effects of metal–chlorophyll‐a–metal sandwich cells | |
| McIntosh et al. | GaN avalanche photodiodes grown by hydride vapor-phase epitaxy | |
| US20090026569A1 (en) | Ultra high-resolution radiation detector (UHRD) and method for fabrication thereof | |
| Kalinina et al. | Irradiation of 4 H-SiC UV detectors with heavy ions | |
| US2885562A (en) | Photoelectric device | |
| RU2441311C1 (ru) | Генератор преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию и способ преобразования с его использованием | |
| Spaziani et al. | Optimized spectral collection efficiency obtained in diamond-based ultraviolet detectors using a three-electrode structure | |
| WO2013112063A1 (ru) | Генератор и способ преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию | |
| Ndeto et al. | Investigation into the effects of the earth’s magnetic field on the conversion efficiency of solar cells | |
| Sharon et al. | A photoelectrochemical solar cell from camphoric p-carbon semiconductor | |
| Cheng et al. | High infrared responsivity of silicon photodetector with titanium-hyperdoping | |
| JP5889212B2 (ja) | 非接触で光変換体の特性を決定するための方法 | |
| Chadel et al. | Influence of the spectral distribution of light on the characteristics of photovoltaic panel. Comparison between simulation and experimental | |
| US20180191265A1 (en) | Photo-electric switch system and method | |
| Bakhadyrkhanov et al. | Quantometers of solar IR radiation based on silicon with multicharged nanoclusters of magnesium atoms | |
| Bengi | The effects of illumination on the current conduction mechanisms of the Au/C20H12/n-Si Schottky barrier diode (SBD) | |
| Sakata | Studies on the Cs3Sb photo-cathode | |
| Gottwald et al. | Advanced silicon radiation detectors in the vacuum ultraviolet (VUV) and the extreme ultraviolet (EUV) spectral range | |
| Kitamura | Influences of Heat-treatment upon Cadmium Sulphide Single Crystals | |
| Ahmad et al. | n-InAs based photo-thermo-electrochemical cells for conversion of solar to electrical energy | |
| Bachadyrchanov et al. | Infrared quenching of photoconduction in silicon with multicharge manganese clusters | |
| Mahmood et al. | A quantitative study of ZnO materials as possible down-shifters for solar cell applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 12866859 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 12866859 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |