[发明专利]一种层状半导体-半导体动态PN结直流发电机及其制备方法

说明书

本发明公开了一种层状半导体‑半导体动态PN结直流发电机及其制备方法。该直流发电机主要由一种层状半导体和另一种半导体组成，因两种半导体材料费米能级不同，在两者接触面形成一个PN结，滑动时两种半导体材料之间产生的动态PN特性，即滑动时，直流发电机结区内PN结扩散电流和漂移电流平衡被打破，在内建电场作用下漂移电荷被弹回，产生持续不断的直流电输出；该发电机可将机械能转化为高密度电能输出，提供给各类电子设备和产品。与传统的电磁感应发电机、纳米发电机相比，该直流发电机电流密度极高，发电电压高，可以应用于各类便携可穿戴电子设备，可重复利用，结构简单、成本低，易于工业应用。

技术领域

本发明涉及一种层状半导体-半导体动态PN结直流发电机及其制备方法，属于新型绿色可再生能源获取技术领域。

背景技术

当今时代，智能科技高速发展、电子产品日新月异。在人们越来越享受现代社会带来高效便捷的同时，也饱受环境污染与能源危机带来的困扰。二十世纪以后，人类对可再生清洁能源的探索从未松懈。除了大众所熟悉的太阳能发电、风能发电、潮汐能发电等传统绿色能源发电外，纳米发电机凭借其新颖性、可便携性等优势成为研究领域和应用层面冉冉上升的一颗新星。已有的发明和应用中，纳米发电机可将风能、机械能、潮汐能等自然界中的绿色能量转化为电能输出，从而代替传统锂电池为电子器件供电。纳米发电机的运行不受环境因素限制，未来大面积推广下可有效减少环境污染、缓解能源危机。

压电发电机自2006年提出后广受关注，摩擦发电机自2012年进入视野后也是飞速发展。但这两类发电机仍难以实现大规模推广，除了因为电流及功率较低、输出的是交流电信号外，还受其材料、结构及工作原理等所限。本发明所阐述的层状半导体-半导体动态PN结直流发电机利用两种费米能级不同的半导体材料之间相互接触移动，产生直流电输出，不受环境因素影响，减少了对材料、结构及工作原理的限制。两种半导体在接触面形成一个PN结，结区有强大的内建电场，滑动时可输出高功率密度的电信号。半导体上制有绝缘层，可提高电压。此外，层状半导体在滑动时，阻力小，不会在另一种半导体材料上产生划痕，因而半导体材料可重复利用，产生连续的直流电输出。整个器件结构简单，制备工艺成熟，发电机工作稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种层状半导体-半导体动态PN结直流发电机及其制备方法。

本发明的层状半导体-半导体动态PN结直流发电机由两部分组成，一部分为第一种半导体层，在其背面制有第一电极，正面制有一层绝缘层；另一部分为费米能级与第一种半导体层不同的第二种层状半导体层，在其一侧制有第二电极，第一种半导体层的正面与第二种层状半导体层的无电极侧相互接触并相对滑动，即形成动态的PN结直流发电机。

上述技术方案中，所述的第一种半导体层为硅(Si)、砷化镓(GaAs)、铟镓砷(InGaAs)、氧化锌(ZnO)、锗(Ge)、氮化硅(Si3N4)、碲化镉(CdTe)、氮化镓(GaN)、磷化铟(InP)等半导体材料中的一种，且两种材料的费米能级不同。

所述的第二种层状半导体层为二硫化钼(MoS₂)、黑磷(P)、二硒化钨(WSe₂)、二碲化钼(MoTe₂)、片状石墨(Graphite)、二硒化钼(MoSe₂)、二硫化钨(WS₂)等层状半导体材料中的一种。

所述的绝缘层是二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)、氧化铝(Al₂O₃)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)等绝缘材料中的一种，厚度不超过500nm。

所述的第一电极与第二电极均选自金(Au)、钯(Pd)、铜(Cu)、银(Ag)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铂(Pt)和铝(Al)中的一种或者几种，厚度为1-500nm。