[发明专利]一种P型自整流压电俘能器

说明书

本发明公开了一种P型自整流压电俘能器及制备方法，包括量子点整流压电俘能板和固定装置，量子点整流压电俘能板与固定装置连接，量子点整流压电俘能板包括基板、压电元件层和p型量子点自整流层，压电元件层和p型量子点自整流层依次铺设于基板上。实现将压电元件层产生的交流电能直接转化为直流电能，无需再加装外部整流，极大降低了电能的损耗，便于器件的集成化与小型化，提高了压电俘能器件的能量采集转化效率。

技术领域

本发明涉及能量采集技术领域，具体涉及一种P型自整流压电俘能器及制备方法。

背景技术

能源问题是当今世界最为关注的热点问题之一，各国研究人员一直在努力寻找和开发新能源来解决能源的缺乏问题。能量的存在形式较为多样化，大自然中的各种能量也较为丰富，若是能够将其转化为电能，则可缓解能源危机。目前，国内外研究的能量采集方式有多种，如压电、静电、热电、磁电等，相对于其他环境能量采集方式，压电式能量采集可以持续、稳定的、经济的采集环境振动能量，其能量密度高、结构简单、发热小、无电磁干扰等优点，引起了材料科学、信息、自动控制等不同学科领域的共同关注。

压电式振动能量采集是基于压电效应的机械能-电能转化过程，将环境中不被利用的机械能如噪声、振动、人体运动等转化为电能。由于压电片的输出电压是交流信号，而一般的电子设备均采用直流电源供电，因此要对压电俘能器产生的能量进行整流，才能满足日常应用需求。目前，人们普遍利用外部能量提取电路来对压电俘能器进行整流，外部能量提取电路主要采用被动技术、半主动技术、或主动技术来进行能量整流。基于被动技术的能量整流电路虽然结构简单易控，但能量采集效率不高；基于主动技术的能量整流电路能量采集效率虽有较大提高，但电路中采用了较多的二极管和电阻，使得整体电路结构变得复杂，相应地，采集时间变长，并且二极管存在导通压降，电阻也是耗能元件，因此在采集过程中也会耗散掉大量电能。此外，当压电俘能器产生的能量达不到整流电路启动所需要的最小能量值时，这部分能量也不能被储存利用，这是使用外部整流电路不可避免的问题。

压电俘能器正常工作时，其内部压电元件因发生机械形变而产生压电电势，进而在压电材料内部产生压电载流子，但这些载流子寿命极短，传输距离有限，在体材料中部分载流子在传到材料表面前即复合，同样造成了能量的损失。量子材料由于其超快电子传导特性，极大地提高了载流子的迁移速率，量子点因其能带结构可受尺寸调控，所以可以与众多材料的能级相匹配，成为一种优异的电荷传输材料。其中，P型半导体量子点传输材料在兼具量子点超快电子传导的同时，其内部受主杂质能够向价带提供更多的空穴，使得载流子传输过程中空穴浓度显著增加，其内部正电荷(空穴)传输速率远远大于负电荷(电子)的传输速率，负电荷(电子)的传输速率可忽略不计。宏观表现为压电材料表面产生的正电荷(空穴)将通过量子点材料传输至金属电极，负电荷(电子)不能通过量子点材料传输，量子点材料就直接代替了外部整流电路的作用，对压电俘能器产生的交流电实现了自整流，同时也提高了能量采集和转化效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种P型自整流压电俘能器及制备方法，实现将压电元件层产生的交流电能直接整流转化为直流电能并能快速传输输出，无需再加装外部的整流电流，极大降低了电能的损耗，便于器件的集成化与小型化，提高了压电俘能器件的能量采集转化效率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种P型自整流压电俘能器，包括量子点整流压电俘能板和固定装置，量子点整流压电俘能板与固定装置连接，量子点整流压电俘能板包括基板、压电元件层和p型量子点自整流层，压电元件层和p型量子点自整流层由下至上依次铺设于基板上；量子点整流压电俘能板以固定装置为支撑点振动形成振幅，由振动使压电元件层产生电能，将振动能转化为交流电能，p型量子点自整流层与压电元件层贴合并直接将交流电能转化为直流电能，并对外输出。

按照上述技术方案，量子点整流压电俘能板的一端与固定装置连接，量子点整流压电俘能板的另一端悬置，形成悬臂梁式振动支撑结构。