[發明專利]一種基于半導體異質集成的多能源收集系統

有效

• 申請號: 201911127546.2
• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN111029337B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 林時勝;陸陽華;鄭浩男
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L29/861;H01L29/872;H01L31/108;H01L31/109;H02J7/35
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種基于半導體異質集成的多能源收集系統，該系統包括半導體異質集成芯片、儲能系統、供電接口；半導體異質集成芯片用于收集無線電、太陽能或機械能并轉化為電能，存儲在儲能系統中，通過供電接口為電子設備供電；所述的半導體異質集成芯片包括第一種半導體層、第二種半導體層和第三種半導體層或金屬層，其中第一、第二種半導體層疊置構成靜態半導體異質結，二者費米能級不同，第三種半導體層或金屬層與第二種半導體層疊置且相互接觸并可相對滑動，二者費米能級也不同。該系統相比單一能源收集系統在相同時間內產生更多電能，最重要的是系統不再受限于單一能量來源，可以應對多種特殊環境條件。

技術領域

本發明涉及一種基于半導體異質集成的多能源收集系統，屬于新型可再生能源獲取技術領域。

背景技術

能源緊缺危機和環境污染問題一直是現代人們關注的焦點，而隨著現代社會對電能需求日益增大，多種清潔可再生能源的轉化應用在日常生活中。太陽能作為地球最終的能量來源，總量大又綠色環保，因此更好地收獲其輻射將解決能源挑戰并幫助保護環境；電磁波也是一種非常龐大的能量來源，無線充電技術可充分利用電磁波；機械能不受環境的限制，可以自主控制。目前單一能量來源的器件應用通常受環境限制，我們需要一種可以同時吸收多種能源的器件結構，可以將環境中的多種能源收集利用，使其具備更廣的應用場合。

本發明基于的靜態半導體異質結可將接收到的微波信號轉化為直流電能輸出，同時也可吸收太陽能轉化為電能輸出。當半導體/金屬在半導體襯底上滑動時，PN/肖特基結不斷產生和消失，伴隨著電子的定向移動形成直流電，可以將機械能轉化為電能。滑動過程中，動態二極管中的半導體/金屬中的載流子可以與靜態半導體異質結進行載流子交換，增加載流子濃度從而有效提升電壓電流輸出。本發明的基于半導體異質結的多能源收集系統可將電磁能、太陽能和機械能轉化為直流電能輸出，轉化效率高、工藝簡單、便于推廣。而且多能源收集系統相比單一能源收集系統在相同時間內產生更多電能，最重要的是系統不再受限于單一能量來源，可以應對多種特殊環境條件。例如在無光無特定電磁波條件下也能利用機械能產生電能輸出，應用場合更廣泛。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于半導體異質集成的多能源收集系統。

本發明的基于半導體異質集成的多能源收集系統，包括半導體異質集成芯片、儲能系統、供電接口；半導體異質集成芯片用于收集無線電、太陽能或機械能并轉化為電能，存儲在儲能系統中，通過供電接口為電子設備供電；所述的半導體異質集成芯片包括第一種半導體層、第二種半導體層和第三種半導體層或金屬層，其中第一、第二種半導體層疊置構成靜態半導體異質結，二者費米能級不同，第三種半導體層或金屬層與第二種半導體層疊置且相互接觸并可相對滑動，二者費米能級也不同。

所述的第一種半導體和第二種半導體構成的靜態半導體異質結可接收1GHz-10GHz的電磁波。

所述的第一種半導體層、第二種半導體層和第三種半導體層均選自石墨烯、硅、砷化鎵、銦鎵砷、二硫化鉬、黑鱗、氧化鋅、鍺、氮化硅、碲化鎘、氮化鎵、磷化銦，所述的金屬層可以為金、鐵、鈀、銅、銀、鈦、鉻、鎳、鉑、鋁、ITO、FTO、AZO的一種或者幾種的復合金屬。

所述的系統可將其制作在PCB板上，其輸出的電流密度高，給儲能設備如電池充電速度極快。

所述的系統輸出的是直流電能。

上述的基于半導體異質集成的多能源收集系統，其制備過程可以包括如下步驟：

1)首先設計并制作PCB板；

2)在PCB板上依次制作第一種半導體層、第二種半導體層和第三種半導體/金屬層；第一種半導體層和第二種半導體層構成靜態異質結，第三種半導體/金屬層直接置于第二種半導體層上二者相互接觸且可相對滑動；

3)然后將電池、接口錫焊在PCB板上，第一種半導體層、第二種半導體層、第三種半導體/金屬層均分別通過引線引出連接至電池。