[發(fā)明專利]一種P型自整流壓電俘能器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811353054.0
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109327160B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設計）人: 周靜;王志青;陳文;劉曰利;沈杰;陳巧
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;樂綜勝

本發(fā)明公開了一種P型自整流壓電俘能器及制備方法，包括量子點整流壓電俘能板和固定裝置，量子點整流壓電俘能板與固定裝置連接，量子點整流壓電俘能板包括基板、壓電元件層和p型量子點自整流層，壓電元件層和p型量子點自整流層依次鋪設于基板上。實現(xiàn)將壓電元件層產(chǎn)生的交流電能直接轉(zhuǎn)化為直流電能，無需再加裝外部整流，極大降低了電能的損耗，便于器件的集成化與小型化，提高了壓電俘能器件的能量采集轉(zhuǎn)化效率。

技術領域

本發(fā)明涉及能量采集技術領域，具體涉及一種P型自整流壓電俘能器及制備方法。

背景技術

能源問題是當今世界最為關注的熱點問題之一，各國研究人員一直在努力尋找和開發(fā)新能源來解決能源的缺乏問題。能量的存在形式較為多樣化，大自然中的各種能量也較為豐富，若是能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為電能，則可緩解能源危機。目前，國內(nèi)外研究的能量采集方式有多種，如壓電、靜電、熱電、磁電等，相對于其他環(huán)境能量采集方式，壓電式能量采集可以持續(xù)、穩(wěn)定的、經(jīng)濟的采集環(huán)境振動能量，其能量密度高、結構簡單、發(fā)熱小、無電磁干擾等優(yōu)點，引起了材料科學、信息、自動控制等不同學科領域的共同關注。

壓電式振動能量采集是基于壓電效應的機械能-電能轉(zhuǎn)化過程，將環(huán)境中不被利用的機械能如噪聲、振動、人體運動等轉(zhuǎn)化為電能。由于壓電片的輸出電壓是交流信號，而一般的電子設備均采用直流電源供電，因此要對壓電俘能器產(chǎn)生的能量進行整流，才能滿足日常應用需求。目前，人們普遍利用外部能量提取電路來對壓電俘能器進行整流，外部能量提取電路主要采用被動技術、半主動技術、或主動技術來進行能量整流?；诒粍蛹夹g的能量整流電路雖然結構簡單易控，但能量采集效率不高；基于主動技術的能量整流電路能量采集效率雖有較大提高，但電路中采用了較多的二極管和電阻，使得整體電路結構變得復雜，相應地，采集時間變長，并且二極管存在導通壓降，電阻也是耗能元件，因此在采集過程中也會耗散掉大量電能。此外，當壓電俘能器產(chǎn)生的能量達不到整流電路啟動所需要的最小能量值時，這部分能量也不能被儲存利用，這是使用外部整流電路不可避免的問題。

壓電俘能器正常工作時，其內(nèi)部壓電元件因發(fā)生機械形變而產(chǎn)生壓電電勢，進而在壓電材料內(nèi)部產(chǎn)生壓電載流子，但這些載流子壽命極短，傳輸距離有限，在體材料中部分載流子在傳到材料表面前即復合，同樣造成了能量的損失。量子材料由于其超快電子傳導特性，極大地提高了載流子的遷移速率，量子點因其能帶結構可受尺寸調(diào)控，所以可以與眾多材料的能級相匹配，成為一種優(yōu)異的電荷傳輸材料。其中，P型半導體量子點傳輸材料在兼具量子點超快電子傳導的同時，其內(nèi)部受主雜質(zhì)能夠向價帶提供更多的空穴，使得載流子傳輸過程中空穴濃度顯著增加，其內(nèi)部正電荷(空穴)傳輸速率遠遠大于負電荷(電子)的傳輸速率，負電荷(電子)的傳輸速率可忽略不計。宏觀表現(xiàn)為壓電材料表面產(chǎn)生的正電荷(空穴)將通過量子點材料傳輸至金屬電極，負電荷(電子)不能通過量子點材料傳輸，量子點材料就直接代替了外部整流電路的作用，對壓電俘能器產(chǎn)生的交流電實現(xiàn)了自整流，同時也提高了能量采集和轉(zhuǎn)化效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供了一種P型自整流壓電俘能器及制備方法，實現(xiàn)將壓電元件層產(chǎn)生的交流電能直接整流轉(zhuǎn)化為直流電能并能快速傳輸輸出，無需再加裝外部的整流電流，極大降低了電能的損耗，便于器件的集成化與小型化，提高了壓電俘能器件的能量采集轉(zhuǎn)化效率。

本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種P型自整流壓電俘能器，包括量子點整流壓電俘能板和固定裝置，量子點整流壓電俘能板與固定裝置連接，量子點整流壓電俘能板包括基板、壓電元件層和p型量子點自整流層，壓電元件層和p型量子點自整流層由下至上依次鋪設于基板上；量子點整流壓電俘能板以固定裝置為支撐點振動形成振幅，由振動使壓電元件層產(chǎn)生電能，將振動能轉(zhuǎn)化為交流電能，p型量子點自整流層與壓電元件層貼合并直接將交流電能轉(zhuǎn)化為直流電能，并對外輸出。

按照上述技術方案，量子點整流壓電俘能板的一端與固定裝置連接，量子點整流壓電俘能板的另一端懸置，形成懸臂梁式振動支撐結構。