袁庭洪 柏天宇
摘 要:它內(nèi)部主要由特殊布置的P、N型半導(dǎo)體構(gòu)成,P、N型半導(dǎo)體緊密結(jié)合形成P-N結(jié),使得當(dāng)光照或熱傳遞到P-N結(jié)時(shí),其兩側(cè)形成正負(fù)電荷的累積,形成內(nèi)建電場(chǎng),產(chǎn)生光生伏打效應(yīng),在內(nèi)建電場(chǎng)的兩側(cè)引出電機(jī),并接上適當(dāng)負(fù)載就形成電流。它通過吸收外界的光照和手機(jī)的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,能不斷地給手機(jī)充電,同時(shí)又能作為保護(hù)套保護(hù)手機(jī),節(jié)能環(huán)保、便捷。
關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體;手機(jī)套;電池;吸熱;節(jié)能
1 前言
隨著科技快速地向前推進(jìn),手機(jī)也逐漸向著智能化和微型化發(fā)展,但是現(xiàn)在大多數(shù)的生產(chǎn)商著手于手機(jī)的智能化和外觀的設(shè)計(jì),以此來吸引顧客,忽略了手機(jī)普遍存在著電池儲(chǔ)能低、產(chǎn)生的熱量多、不能自身供電等缺陷,給使用者帶來諸多的不便。然而,P、N型半導(dǎo)體材質(zhì)制成的手機(jī)套無疑彌補(bǔ)了手機(jī)的這些不足,通過吸收手機(jī)自身產(chǎn)生的熱量和外界光線產(chǎn)生電流,直接給手機(jī)充電,加快了手機(jī)的散熱和運(yùn)行速度,同時(shí)和普通手機(jī)套一樣能夠保護(hù)手機(jī)。
2 工作原理
2.1 內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)和原理
根據(jù)不同手機(jī)型號(hào)對(duì)保護(hù)套類型的要求不同,通過加工工藝將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體材料合理布置和緊密結(jié)合,形成所需的手機(jī)套模型,在兩者的交界面處就形成P-N結(jié),P-N結(jié)兩側(cè)形成正負(fù)電荷的累積,在光照下形成內(nèi)建電場(chǎng),產(chǎn)生光生伏打效應(yīng)(光生伏打效應(yīng):指的是光照在不均勻的半導(dǎo)體后,會(huì)使其不同部位產(chǎn)生電位差),光子能量轉(zhuǎn)化為電能。
P-N結(jié)受到光照將會(huì)產(chǎn)生光生載流子,溫度越高載流子的濃度越高,半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力就越強(qiáng)。P區(qū)產(chǎn)生的光生空穴,N區(qū)產(chǎn)生的光生電子屬于多子,都被勢(shì)壘擋住而不能順利的通過。只有P區(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對(duì)擴(kuò)散到結(jié)電場(chǎng)附近時(shí)能在內(nèi)建電場(chǎng)洛倫茲力作用下漂移過結(jié),光生電子被拉伸到N區(qū),光生空穴被拉到P區(qū),即電子空穴對(duì)被內(nèi)建電場(chǎng)分離,這導(dǎo)致在P區(qū)邊界附近產(chǎn)生光生空穴的累積,產(chǎn)生一個(gè)熱平衡與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng),其方向是由P區(qū)指向N區(qū),產(chǎn)生的電場(chǎng)使得勢(shì)壘降低,其減少量就是光生電勢(shì)差,P端為正N端為負(fù),于是結(jié)電流由P區(qū)流向N區(qū),在P、N端接入適當(dāng)?shù)呢?fù)載,就會(huì)形成電流。原理如下圖:
2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其簡(jiǎn)圖
在手機(jī)套內(nèi)部結(jié)構(gòu)中P、N型半導(dǎo)體的上下、左右交替連接,在其內(nèi)部形成多個(gè)PN結(jié),每一對(duì)P、N型半導(dǎo)體的組合就可以形成一個(gè)小電池,這樣整個(gè)手機(jī)套內(nèi)部就可以形成數(shù)多個(gè)電池,用導(dǎo)線將內(nèi)部所有N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體形成的小電池串聯(lián)起來,從P端引出的導(dǎo)線為正極,從N端引出的導(dǎo)線為負(fù)極,這樣就形成了一個(gè)完整的自身產(chǎn)電的蓄電池,再通過USB接線插入手機(jī)USB接口就可以給手機(jī)充電。以下為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的放大圖:
2.3 手機(jī)套外部的設(shè)計(jì)
在P、N半導(dǎo)體材料表面沉積一小層SiN薄膜,用來減少硅片對(duì)光的反射,使更多的光被吸收利用,同時(shí)其表面化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定可以保護(hù)電池,其外部還要被防漏電和保護(hù)的最外層包裹,整個(gè)手機(jī)套由多層輕薄的材料組合成,這樣就形成了一個(gè)多功能的手機(jī)套。它具有一定的硬度以及彈性,具備普通手機(jī)套防止硬物在手機(jī)套上留下刮痕等功能。如下圖所示:
3 發(fā)展前景
手機(jī)智能化、微型化和外形美觀是未來手機(jī)發(fā)展的趨勢(shì),大多數(shù)手機(jī)生產(chǎn)商通過不斷地革新內(nèi)部軟件和美化外觀來吸引更多顧客,款式各式各樣,以此消除顧客的審美疲勞,創(chuàng)造了很大的商業(yè)價(jià)值,這樣的方式在電子的發(fā)展上作出了很大的貢獻(xiàn)。然而,手機(jī)內(nèi)部的畜電池儲(chǔ)電低,再加上手機(jī)本身不會(huì)發(fā)電,如今的充電寶體積大、儲(chǔ)電也低,攜帶不便,給手機(jī)使用者帶來諸多不便。同時(shí)手機(jī)在使用過程中不斷產(chǎn)生熱量,影響了手機(jī)的運(yùn)行速度。P、N型半導(dǎo)體材質(zhì)制成的手機(jī)套都能解決這些問題,吸收陽光和手機(jī)熱量產(chǎn)生電能給手機(jī)充電,環(huán)保和便捷,彌補(bǔ)了手機(jī)存在諸多的不足。
社會(huì)一直提倡開發(fā)清潔環(huán)保產(chǎn)品,清潔環(huán)保、無污染是未來產(chǎn)品發(fā)展的主流,P、N型半導(dǎo)體材質(zhì)制成的手機(jī)套就是這樣一款清潔環(huán)保產(chǎn)品,目前的電子市場(chǎng)恰恰缺少這種類型的手機(jī)套,相信P、N型半導(dǎo)體材質(zhì)制成的手機(jī)套的出現(xiàn),將會(huì)顛覆人們對(duì)手機(jī)套的認(rèn)識(shí)。
隨著手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)+的結(jié)合使用,使得手機(jī)不在是過去人們意識(shí)里的一種通訊工具,甚至娛樂消遣,取代了傳統(tǒng)銀行。據(jù)統(tǒng)計(jì)全球平均每人擁有一部手機(jī),也就是幾乎每人一個(gè)手機(jī)套,這樣的一個(gè)龐大數(shù)據(jù),不難看出其中存在的巨大的商業(yè)價(jià)值。任何有價(jià)值的創(chuàng)新都會(huì)促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展,相信這樣節(jié)能、環(huán)保的設(shè)計(jì)會(huì)讓人愛不釋手,給社會(huì)創(chuàng)造更多的價(jià)值。因此,這樣的技術(shù)不應(yīng)僅僅運(yùn)用于電子產(chǎn)品,可以擴(kuò)展到非電子產(chǎn)品,發(fā)揮其更大的作用,比如:能夠產(chǎn)電的手機(jī)貼膜、能給機(jī)器供電的散熱墊,等等。
4 設(shè)計(jì)意義
4.1 節(jié)能環(huán)保
和其他電池相比,P、N型半導(dǎo)體材質(zhì)制成的手機(jī)套更加的環(huán)保,內(nèi)部不進(jìn)行任何化學(xué)反應(yīng),更不會(huì)像普通電池那樣使用一定時(shí)間后,電池槽受腐蝕而使內(nèi)部酸性化學(xué)物質(zhì)外漏,造成化學(xué)污染。
4.2 經(jīng)濟(jì)實(shí)用
它具有一定的硬度和彈性,不僅僅有普通手機(jī)套的保護(hù)手機(jī)的作用,更能吸收手機(jī)的熱量和陽光產(chǎn)生電能,減少熱量對(duì)手機(jī)的影響。
4.3 便捷
由于其材料的特殊性,其質(zhì)量和普通的手機(jī)套差不多,甚至更加輕盈,將會(huì)減少外出時(shí)攜帶充電寶帶來的不便。
參考文獻(xiàn)
[1]劉靖濤.光伏發(fā)電及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué),2011.
[2]劉元之.CIS類薄膜光伏電池吸收層及緩沖層材料的制備與研究[D].大連交通大學(xué),2008.
[3]王士峰,趙馨,崔宇.國產(chǎn)2CR型光電池工作特性及應(yīng)用[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,29(2):14-17.
[4]王衛(wèi)東.納米晶膠體墨水技術(shù)CuInSe2黃銅礦薄膜的制備、表征與光伏應(yīng)用[D].天津大學(xué),2012.
(作者單位:重慶交通大學(xué))