[发明专利]一种基于移动肖特基结的直流发电机及其制备方法

说明书

本发明涉及绿色能源获取技术领域，公开了一种基于移动肖特基结的直流发电机，由两部分构成：一部分包括半导体衬底层，另一部分包括导电薄膜层，其制备方法是：先在半导体衬底材料背面制作第一电极；再在柔性导电薄膜材料上制作第二电极；之后将柔性的导电薄膜材料层压到半导体衬底表面相互接触移动，即得到基于移动肖特基异质结的直流发电机，相互移动即可得到直流电信号。本发明的基于移动肖特基结的发电机，利用肖特基结区的漂移电荷在内建电场下定向分离，可以将外界的机械能转换为直流电，从而可以为各种电子设备提供可再生的绿色清洁能源。不需要使用压电材料，且器件结构与工艺简单。

技术领域

本发明涉及一种基于移动肖特基结的直流发电机及其制备方法，属于能源获取器件技术领域。

背景技术

随着电子设备的快速发展，人们对于能源特别是便携能源的需求日益增加。常见的比如锂电池可以为这些电子设备提供能量，但却存在有限容量以及环境污染的问题。相应的就无法满足一些特殊极限环境下的应用。近年来，纳米发电机作为一种重要的新型绿色能源器件，引起了研究和产业界的广泛关注。其可以将自然界中机械能、潮汐能等的绿色能量转换为电学输出，从而可以为各种电子设备提供可再生的绿色清洁能源，不收环境限制且无污染可以在很大程度上缓解能源危机。

2006年，在原子力显微镜的帮助下，王中林小组利用竖直结构的氧化锌 (ZnO)纳米线的独特性质，发明了能将机械能转化为电能的世界最小的发电装置——直立式纳米发电机。氧化锌纳米线一端固定并与一个电极连接，当氧化锌纳米线的另一自由端在驱动电极的作用下受力形变，纳米线一侧将受压缩而另一侧将被拉伸。由于氧化锌同时具有半导体和压电性质，这就使得纳米线拉伸和压缩的两个相对侧面分别产生正、负压电电势，从而可以实现机械能到电能的转化、整流和输出。但是，驱动电极与氧化锌纳米线距离需要精确控制，少量的误差就会造成发电机不能正常工作；工作时自由端和驱动电极要不断接触和摩擦，由此可能造成纳米线和电极的磨损，进而影响纳米发电机的性能和寿命。本发明我们可以利用没有压电特性的普通硅或者砷化镓等半导体，与导电薄膜材料如石墨烯膜等接触得到了全新的基于移动肖特基结的直流发电机，没有材料和距离精度的限制。利用柔性结构实现了宏观的电信号输出，不需要整流即可输出直流电信号；且工作稳定，磨损较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于移动肖特基结的直流发电机及其制备方法。

本发明的基于移动肖特基结的直流发电机，包括两部分，一部分为半导体衬底层，在其一侧设有第一电极，另一部分为导电薄膜层，在其一侧设有第二电极，半导体衬底层的裸露侧与导电薄膜层的裸露侧可移动接触，形成可移动的肖特基异质结。

上述技术方案中，所述的半导体层为硅、砷化镓、铟镓砷、氧化锌、锗、氮化镓或者磷化铟中的一种。

所述的导电薄膜层是石墨烯膜、石墨膜、铜膜、铝膜、铂膜、铁膜、金膜或者银膜中的一种。

可以将风能、潮汐能、机械能等中的一种转换为电信号

所述的第一电极与第二电极均选自金、钯、银、铜、钛、铬、镍、铂和铝中的一种或者几种的复合电极，厚度为1‐500nm。

制备上述的基于移动肖特基结的直流发电机的方法，其特征在于，包括如下步骤：

先在半导体衬底材料背面制作第一电极；在一定厚度的柔性的导电薄膜材料层上制作第二电极；将柔性的导电薄膜材料层压到半导体衬底表面相互接触，即得到移动肖特基异质结发电机，相互移动即可得到直流电信号。

传统的纳米发电机，从2006年王中林院士发明纳米发电机开始，都需要使用特殊的压电材料，比如ZnO纳米线等。这就在很大程度上限制了其实际应用。本发明首次利用了非压电材料，利用移动的肖特基结，在宏观结构上得到了直流发电机，不需要外加整流电路。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：