[发明专利]使用固态装置作为能量转换器并且使用纳米工程多孔性网状材料的预平衡系统和方法

说明书

一种用于将多种能量形式转换成电的能量转换装置。所述能量形式可以是化学、光伏或热梯度。所述能量转换装置具有第一和第二电极。存在衬底，上面放置有多孔性半导体或介电层。衬底本身可以是平面、二维或三维的，并且具有内部和外部表面。这些衬底可以是刚性、柔性和/或可折叠的。所述多孔性半导体或介电层可以是纳米工程结构。在所述多孔性半导体或介电层的至少一部分上放置多孔性导体材料使得至少一些所述多孔性导体材料进入所述多孔性半导体或介电层的所述纳米工程结构中，由此形成交织区。

技术领域

本专利文献一般涉及能量转换系统并且更具体来说涉及使用固态发电机产生电功率、辐射束或机械运动的方法和系统，所述固态发电机具有包含多孔性材料网状结构(例如纳米线阵列或纳米工程结构，或纳米粒子，或胶体糊状物)的平面或三维表面。

背景技术

最近已证实使用固态发电机将化学能和其它能量形式转换成电，例如美国专利第6,114,620号、第6,218,608号、第6,222,116号、第6,268,560号、第6,327,859号、第6,649,823号、第7,371,962号以及第7,663,053号中所解释。美国专利第6,114,620号、第6,218,608号、第6,222,116号、第6,268,560号、第6,327,859号、第6,649,823号、第7,371,962号以及第7,663,053号以全文引用的方式并入本文中。此类能量转换装置有效转换化学和其它能量形式。举例来说，本文的图1示出了固态发电机以及显示此类装置的特征的曲线。如本文图1-A中的横截面中所示，电荷载流子(一般为电子e^-)在传导面10A上或附近由激发器12A供能。电荷载流子例如通过化学反应或其它能量形式供能。在每种情况下，将电荷载流子注入到半导体导带中。举例来说，电荷载流子以弹道形式从导体10A移动到半导体或介电质11A中。导体10A很薄使得电子以弹道形式有效通过其行进，不因为与其它电子、声子或原子碰撞而失去大量能量。因为半导体导带与导体或传导催化剂的费米能级(Fermi level)之间存在能量偏移，所以结果为跨越正极17A和负极16A的电压14A。在图1-A中，介电质结15A为经专门选择以形成趋向于阻碍电子弹道式运动的电势电压势垒的半导体结，如图1-B中的11B所示。图1-B显示装置中的电势随着零偏移时沿装置的距离而变化。

电势电压势垒可以使用许多方式中的任一种来形成，例如图1-C中所示的肖特基势垒、图1-D中的p-n结或图1-E的导体-介电质-导体结。介电质是导电的。正向偏压二极管提供一种最简单的方法来执行这一能量转换装置。图1-C描绘正极端子为导体/金属的正向偏压肖特基二极管。

发明内容

本发明专利文献描述具有新颖三维装置结构的多个实施例，所述结构可以在平面二维衬底或三维衬底上。二维或三维衬底可以是刚性或柔性/可折叠的。多个实施例通过提高装置的每个二维区域单元可产生的功率(即电)量改进早期固态发电机。本文所述的新颖装置结构具有固态结。这些装置结构包含多孔性半导体或介电质以及导体和/或催化剂的纳米簇以形成固态结。尽管复合物系统中存在空隙，但不同多孔性半导体/导体或传导催化剂材料例如可以是整合系统或所述材料可以物理连接成网状结构。材料形成纳米大小的簇时，就是纳米簇。固态结可以是(但不限于)肖特基二极管或p-n结。还揭示制造用于产生电或其它能量形式的所披露的装置结构的方法/工艺。

披露将化学能转换成电或其它能量形式的能量转换装置。能量转换装置的第一方面包含连接到衬底的第一电极。多孔性半导体(或介电质)层安置于衬底上，其中在衬底与多孔性半导体(或介电质)层之间有任选的无孔半导体(或介电质)层。多孔性半导体层具有纳米工程结构。多孔性催化剂材料位于多孔性半导体(或介电质)层的至少一部分。至少一些多孔性催化剂材料进入多孔性半导体层的纳米工程结构，形成交织区。存在第二电极，并且在燃料、多孔性催化剂材料和多孔性半导体层之间发生化学反应期间在第一电极和第二电极之间形成电势。还存在从固态发电机去除热的散热片，其中散热片的散热片温度高于环境温度。