專利名稱：多功能真空極化電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體PN結(jié)電池裝置。
二 本發(fā)明的技術(shù)背景利用“光致伏打效應(yīng)”產(chǎn)生電位差的太陽(yáng)能電池已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用，但這種電池需要在太陽(yáng)光照射的時(shí)候才能產(chǎn)生電位差，其缺點(diǎn)是在沒(méi)有太陽(yáng)光照的時(shí)候無(wú)法工作。本發(fā)明所涉及的電池利用真空漲落和半導(dǎo)體PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的真空極化作用產(chǎn)生電位差對(duì)負(fù)載供電。與太陽(yáng)能電池不同，真空極化電池是用真空漲落效應(yīng)產(chǎn)生的虛光子代替光子使半導(dǎo)體PN結(jié)產(chǎn)生電位差而對(duì)負(fù)載提供電能。所以，真空極化電池在沒(méi)有光照的情況下也能連續(xù)工作。
三 本發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明創(chuàng)造的目的是把巨大的真空能通過(guò)PN結(jié)的真空極化作用轉(zhuǎn)變成電能來(lái)使用，與目前成熟的太陽(yáng)能電池制作技術(shù)相結(jié)合，解決當(dāng)前太陽(yáng)能半導(dǎo)體PN結(jié)型電池在沒(méi)有光照的情況下不能工作的技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明通過(guò)將半導(dǎo)體PN結(jié)沉積于相距非常近的金屬板之間，利用金屬板之間真空漲落的虛光子對(duì)PN結(jié)的極化作用(真空極化伏打效應(yīng))來(lái)產(chǎn)生電位差。由于真空漲落和真空極化作用在沒(méi)有光照的情況下普遍存在，真空極化電池在沒(méi)有光照的環(huán)境也能連續(xù)工作。
本發(fā)明創(chuàng)造的巨大優(yōu)點(diǎn)至少表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面(1)應(yīng)用范圍廣泛，在沒(méi)有光的環(huán)境下能連續(xù)工作，不間斷地為負(fù)載提供能源。(2)面積小，方便應(yīng)用。真空極化電池可以通過(guò)多層疊加的方法獲得更大功率的電池，克服了太陽(yáng)能電池占地面積大的特點(diǎn)。(3)具有雙重功能。真空極化電池在工作的過(guò)程中，其周圍的環(huán)境溫度由于真空能的輸出而降低，所以，真空極化電池除了可以用作供電電源外，還可以用做制冷裝置。(4)節(jié)約能源。真空極化電池的能量來(lái)源于周圍環(huán)境，它是通過(guò)真空極化作用使環(huán)境巨大的溫度熱源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芾茫蟠蟮毓?jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。
四 附圖及本發(fā)明的結(jié)構(gòu)說(shuō)明現(xiàn)在結(jié)合附圖介紹真空極化電池的結(jié)構(gòu)以及本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法。


圖1是單層真空極化電池的結(jié)構(gòu)示意圖。1是半導(dǎo)體PN結(jié)構(gòu)滲透層，2和3是金屬導(dǎo)體層，4是負(fù)載，5是電極。PN結(jié)滲透層由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體用組成，N型半導(dǎo)體中的自由電子由于熱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)入P型半導(dǎo)體，形成內(nèi)建電場(chǎng)。PN結(jié)滲透薄層1置于金屬平板層2和3之間，1、2和3連結(jié)成一個(gè)整體，構(gòu)成一個(gè)具有完整功能的電池單元。金屬板2和3之間的距離非常小，真空漲落的卡西米效應(yīng)非常顯著。金屬平板之間的真空漲落產(chǎn)生大量的虛光子，PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)使真空漲落產(chǎn)生極化作用使得金屬板之間建立起電位差，構(gòu)成一個(gè)完整的電池系統(tǒng)。
圖2是多層結(jié)構(gòu)的真空極化電池裝置。將多層電池單元并聯(lián)地?zé)Y(jié)在一起以獲得強(qiáng)大功率的電池組。
五 本發(fā)明的具體實(shí)施方法下面進(jìn)一步結(jié)合結(jié)構(gòu)圖介紹本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法。
(1)，對(duì)外電位差的實(shí)現(xiàn)方法由卡西米效應(yīng)公式可知，距離很小的金屬平板之間單位面積內(nèi)的真空極化能E＝π2/720D3，其中D是兩金屬平板之間的距離。只要兩平板之間的距離達(dá)到微米(10-6米，即1000納米)級(jí)，金屬平板之間的真空能就能達(dá)到1016數(shù)量級(jí)，這已經(jīng)是非常巨大的能量。實(shí)際上，納米級(jí)的PN結(jié)在微電子技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)獲得應(yīng)用，如果采用納米級(jí)PN結(jié)薄層，金屬平板之間的真空能就更為巨大。真空極化電池使用的PN結(jié)一般要求在10～100納米之間，這時(shí)兩金屬板單位面積上的真空能達(dá)到1019～1022數(shù)量級(jí)，是地球表面單位面積的太陽(yáng)能輻射能量(年輻射量約為109數(shù)量級(jí))的萬(wàn)億倍以上。只要能將很少的一部分真空能轉(zhuǎn)化成電能使用，真空極化電池的功率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于太陽(yáng)能電池的功率。但是，真空極化電池的電位差是PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)真空極化作用的結(jié)果，單個(gè)真空極化電池單元所能提供的最大電位差(電壓)不會(huì)超過(guò)所選用的PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)的電位差。例如，采用鍺型PN結(jié)層時(shí)，真空極化電池的輸出電壓約為0.7伏，采用硅型PN結(jié)時(shí)，輸出電壓約為0.3V。在具體確定PN結(jié)鍍層的厚度(即金屬板層之間的距離)D時(shí)，只要使其輸出電壓能達(dá)到或接近PN結(jié)的內(nèi)建電壓即可，沒(méi)有必要進(jìn)一步減小PN結(jié)層的厚度D，這樣可以降低制作工藝的技術(shù)難度和產(chǎn)品的成本。
為了將半導(dǎo)體PN結(jié)放置在足夠短距離的金屬之間，我們采用在金屬(如金Au)導(dǎo)體板2表面沉積半導(dǎo)體PN結(jié)1的方法，這方面的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。這種PN結(jié)的沉積工藝已經(jīng)在太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)中被廣泛采用。所以，沉積工藝不是本發(fā)明的難點(diǎn)。PN結(jié)沉積完成后，我們?cè)賹⒘硪黄饘侔?封裝在PN結(jié)上作為電池的另一個(gè)電極。重復(fù)上述工藝過(guò)程即可以獲得圖2所示的功率更大的多層集成的真空極化電池組。
(2)電池制冷的實(shí)現(xiàn)方法我們知道，能量是守恒的，真空極化電池不是永動(dòng)機(jī)，不可能從虛空中不斷地產(chǎn)生出能量來(lái)。真空極化電池工作過(guò)程是通過(guò)PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)將真空漲落產(chǎn)生的虛光子的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芾?，這種輸出的虛光子能量實(shí)際上由環(huán)境物質(zhì)的熱能來(lái)補(bǔ)充。真空極化電池工作的時(shí)候，其周圍環(huán)境的溫度會(huì)相應(yīng)地降低。所以，真空極化電池本身是一部“量子制冷機(jī)”，它把環(huán)境的熱能通過(guò)真空極化為斷地轉(zhuǎn)化為電磁能。如果我們將電池與它的負(fù)載部分隔離開(kāi)，真空極化電池工作的結(jié)果是熱量不斷地從電池所在的空間通過(guò)電流傳輸?shù)截?fù)載所在的空間。這就實(shí)現(xiàn)了局部制冷目的。從原理上來(lái)說(shuō)，只要環(huán)境的溫度高于絕對(duì)0度，真空極化電池就能對(duì)外提供電流同時(shí)實(shí)現(xiàn)制冷功能。
六 本發(fā)明的新特性和應(yīng)用前景本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法都非常簡(jiǎn)單，功率大、效率高，它具有非常明顯的優(yōu)點(diǎn)。首先，它克服了太陽(yáng)能電流在沒(méi)有光照的環(huán)境中不能工作的缺點(diǎn)，使它能適用于沒(méi)有光照的環(huán)境，如夜間和水下環(huán)境。第二，可以用多層疊加的方法獲得更大的功率的電池，減少占地面積，使用更方便。將幾百層疊加在一起厚度也不過(guò)數(shù)十厘米，輸出電池可達(dá)到上百伏?？梢杂糜陔妱?dòng)汽車的電源。第三，能源取之于環(huán)境，通過(guò)負(fù)載后回歸環(huán)境，具有重大的環(huán)保意義。第四，真空極化電池屬于一次再生能源。能源取之于龐大的地球系統(tǒng)，取之不完，用之不盡。
本發(fā)明主要用于對(duì)各種負(fù)載提供電能，多層集成真空極化電池可用于電動(dòng)汽車，水下潛艇等，由于它是免充電型不間斷電源，因而具有其他能源無(wú)法比擬的優(yōu)越性。除此之外，真空極化電池還可以同時(shí)作為制冷裝置使用，由于它不用致冷劑，具有重大的環(huán)保意義。
權(quán)利要求
1一種將半導(dǎo)體PN結(jié)薄層沉積于金屬平板之間的半導(dǎo)體PN結(jié)電池。其特征是在距離很小(一般小于1000納米)的金屬平板之間沉積有一層半導(dǎo)體PN結(jié)薄層，由半導(dǎo)體PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)和近距離金屬平板層之間的真空漲落的極化作用產(chǎn)生電位差來(lái)帶動(dòng)負(fù)載工作的結(jié)構(gòu)和技術(shù)方法。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的技術(shù)方法制作的在金屬平板之間沉積PN結(jié)薄層得到的單層或多層疊加形式的電池。其特征是半導(dǎo)體PN結(jié)薄層與金屬夾層一起組成基本的電池單元，以單層電池單元或多層電池單元疊加得到的電池裝置，用于對(duì)負(fù)載提供電能或作為制冷裝置使用的技術(shù)和方法。
全文摘要
一種半導(dǎo)體PN結(jié)電池，利用PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)金屬平板之間的真空漲落的極化作用使金屬平板之間產(chǎn)生電位差。主要結(jié)構(gòu)是一距離很小的金屬平板2和3之間沉積一層半導(dǎo)體PN結(jié)薄層1。由距離極近的金屬平板2和3之間的真空漲落和半導(dǎo)體PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的極化作用產(chǎn)生電位差對(duì)負(fù)載4提供電能。由于電池的工作能量來(lái)源于真空漲落和真空極化作用，電池在沒(méi)有光的環(huán)境中也能連續(xù)工作。由相同結(jié)構(gòu)的電池單元多層疊加而獲得功率更大的多層電池。電池的工作能源是真空能，真空能來(lái)源于周圍環(huán)境，所以，電池工作時(shí)環(huán)境的溫度會(huì)降低而具有制冷作用。
文檔編號(hào)H01L31/042GK1725516SQ20051008565
公開(kāi)日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者黃國(guó)有 申請(qǐng)人:黃國(guó)有