專利名稱：電能產(chǎn)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能產(chǎn)生器，更具體地，涉及能夠?qū)㈥柟夂蜋C(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能的混合電能產(chǎn)生器。
背景技術(shù)：
光生伏打(photovoltaic)(太陽能電池)系統(tǒng)是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑼ǔ０≒型半導(dǎo)體材料和n型半導(dǎo)體材料的裝置。當(dāng)光直接照射到太陽能電池上時(shí)，太陽能電池中產(chǎn)生電子和空穴。所產(chǎn)生的電子和空穴分別移動(dòng)到n型電極和p型電極，由此產(chǎn)生電能。近來，已經(jīng)對(duì)用于太陽能電池系統(tǒng)的納米結(jié)構(gòu)例如納米線的使用進(jìn)行了研究以提高太陽能電池的效率。
混合電能產(chǎn)生器，例如根據(jù)周圍環(huán)境選擇性地將陽光或機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿幕旌想娔墚a(chǎn)生器，近來得到發(fā)展。對(duì)混合電能產(chǎn)生器的關(guān)注持續(xù)增加?；旌想娔墚a(chǎn)生器可具有其中光生伏打元件和壓電元件集成在一起的結(jié)構(gòu)，從而光生伏打效應(yīng)和壓電效應(yīng)可一起或單獨(dú)產(chǎn)生。在混合電能產(chǎn)生器中，可通過利用兩種不同的能量產(chǎn)生方法產(chǎn)生電能，即，光生伏打方法和壓電方法。然而，光生伏打方法所希望的電極接觸特性不同于壓電方法所希望的電極接觸特性。一般而言，光生伏打方法要求歐姆接觸特性，而壓電方法要求肖特基接觸特性。因此，在混合電能產(chǎn)生器中，光生伏打元件需要?dú)W姆接觸，壓電元件需要肖特基接觸，從而高效率地產(chǎn)生電能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供混合電能產(chǎn)生器，用于有效地將太陽光和機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋ｎ~外的方面將在下面的說明中部分地闡述，且部分地將從該說明變得顯然，或者可通過所給出的實(shí)施例的實(shí)踐而習(xí)得。因此，根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種電能產(chǎn)生器包括第一基板；第二基板，距離所述第一基板預(yù)定距離設(shè)置；多個(gè)細(xì)長部件，設(shè)置在所述第一基板和所述第二基板之間，其中所述多個(gè)細(xì)長部件中的至少一個(gè)由壓電材料形成；及接觸層，設(shè)置在所述第二基板上，其中所述接觸層由具有金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)特性的材料形成。所述多個(gè)細(xì)長部件的所述至少一個(gè)的第一端可與所述接觸層形成接觸。所述多個(gè)細(xì)長部件中的所述至少一個(gè)的第二端可與所述第一基板形成p-n結(jié)。所述多個(gè)細(xì)長部件可以是納米線。所述接觸層的MIT特性可以溫度變化為基礎(chǔ)。所述細(xì)長部件的所述第一端和所述接觸層之間的所述接觸在高于預(yù)定溫度的溫度可以是歐姆接觸。所述細(xì)長部件的所述第一端和所述接觸層之間的所述接觸在低于預(yù)定溫度的溫度可以是肖特基接觸。所述接觸層可包括釩氧化物。所述接觸層可形成在由可變形材料形成的透明基板上。所述納米線可包括鋅氧化物(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT)或聚偏氟乙烯(PVDF)。
所 述第一基板可以是包括無機(jī)材料和有機(jī)材料至少之一的半導(dǎo)體層。所述細(xì)長部件可以是由n型半導(dǎo)體材料形成的納米線，且與所述納米線的所述第二端形成P-n結(jié)的所述第一基板可以是由p型半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體層?；蛘撸黾?xì)長部件可以是由P型半導(dǎo)體材料形成的納米線，且與所述納米線的所述第二端形成P-n結(jié)的所述第一基板可以是由n型半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體層。所述多個(gè)細(xì)長部件可基本垂直于所述第一基板和所述第二基板之一排列或相對(duì)所述第一基板和所述第二基板之一以預(yù)定角度排列。


通過下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的說明，這些和/或其它方面將變得明顯并更易于理解，附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明一示范實(shí)施例的電能產(chǎn)生器的透視圖；圖2是沿圖I所示的11-11’線截取的剖視圖；圖3是當(dāng)通過利用陽光方式的光生伏打方法產(chǎn)生電能時(shí)，圖I所示的電能產(chǎn)生器的剖視圖；圖4是當(dāng)通過利用機(jī)械振動(dòng)方式的壓電方法產(chǎn)生電能時(shí)，圖I所示的電能產(chǎn)生器的剖視圖 '及圖5是曲線圖，示出VO2薄膜的電阻值隨不同溫度的變化。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參照實(shí)施例，附圖中示出實(shí)施例的示例，其中相似的附圖標(biāo)記始終表示相似的元件。對(duì)此而言，此處實(shí)施例可具有不同形式且不應(yīng)解釋為局限于這里闡述的說明。因此，下面僅參照附圖描述實(shí)施例以解釋該說明書的各方面。圖I是根據(jù)本發(fā)明一示范實(shí)施例的電能產(chǎn)生器的透視圖。圖2是沿圖I所示的11-11’線截取的剖視圖。參照?qǐng)DI和圖2，第一和第二基板110和150以預(yù)定距離彼此分開。半導(dǎo)體層120可形成在作為下基板的第一基板110上。多個(gè)細(xì)長部件130可具有大于約20的長寬比。作為示例，細(xì)長部件130可以是多個(gè)可與半導(dǎo)體層120形成p-n結(jié)的納米線130。半導(dǎo)體層120可由p型半導(dǎo)體材料或n型半導(dǎo)體材料形成。作為示例，半導(dǎo)體層120可由III-V族半導(dǎo)體材料(例如氮化鎵(GaN))或II-VI族半導(dǎo)體材料形成。也可以利用上述半導(dǎo)體材料之外的各種材料形成半導(dǎo)體層120。例如，層120可以由無機(jī)材料和有機(jī)材料的至少一種形成。參照?qǐng)DI和圖2，納米線130形成在半導(dǎo)體層120上。納米線130可規(guī)則地間隔開，如圖I和圖2所示，或者不規(guī)則地間隔開(未示出)。半導(dǎo)體層120上的納米線130可垂直于層120的頂表面排列或者相對(duì)于半導(dǎo)體層120以不同于90度的角(未不出)排列。與半導(dǎo)體層120具有p-n結(jié)的納米線130可利用光生伏打特性將太陽能轉(zhuǎn)變成電能，也能夠利用壓電特性將機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋＿@樣，具有壓電特性的納米線130可由n型半導(dǎo)體材料或P型半導(dǎo)體材料形成。更詳細(xì)地，當(dāng)納米線130由n型半導(dǎo)體材料形成時(shí)，半導(dǎo)體層120可由p型半導(dǎo)體材料形成。另一方面，當(dāng)納米線130由p型半導(dǎo)體材料形成時(shí)，半導(dǎo)體層120可由n型半導(dǎo)體材料形成。例如，半導(dǎo)體層120可以由p型GaN形成，而納米線130可由n型氧化鋅(ZnO)形成。或者，納米線130可包括例如鋯鈦酸鉛(PZT)或聚偏氟乙烯(PVDF)。用于納米線130的材料不限于上述材料，納米線130可包括其它各種具有壓電特性的半導(dǎo)體材料。參照?qǐng)DI和圖2，接觸層140可形成在第二基板150之下。第二基板150可由例如可變形的透明材料形成。更詳細(xì)地，第二基板150可包括例如聚醚砜(PES)。還可能的是，第二基板1 50包括各種其它材料。接觸層140形成在第二基板150之下并接觸納米線130的上部分。接觸層140可由其與納米線130的接觸特性可以在不同條件下改變的材料形成。更詳細(xì)地，接觸層140可由具有Mott轉(zhuǎn)變特性(即，金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)特性)的材料形成。根據(jù)圖I和圖2所示的本發(fā)明的一示范實(shí)施例，接觸層140可由具有MIT特性的材料形成，其中接觸特性相對(duì)于溫度改變而變化。例如，接觸層140在預(yù)定溫度之上的溫度具有金屬特性，因此當(dāng)溫度高于預(yù)定溫度時(shí)，在接觸層140和納米線130之間形成歐姆接觸。另一方面，接觸層140可在低于預(yù)定溫度的溫度具有絕緣體特性，因此當(dāng)溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，接觸層140和納米線130之間的接觸可形成肖特基接觸。具有MIT特性的材料的示例是釩氧化物材料，例如VO2或V2O5。在釩氧化物材料中，在從約40°C至約70°C的范圍內(nèi)的溫度下可發(fā)生MIT。MIT的溫度范圍可取決于釩氧化物的組成。釩氧化物是可用于當(dāng)前示范實(shí)施例的材料之一。接觸層140可由相對(duì)于溫度改變具有MIT特性的任何材料形成。圖5是曲線圖，示出VO2薄膜的電阻值相對(duì)于溫度改變的變化。當(dāng)溫度從約30°C變化到約90°C時(shí)，具有IOOnm的厚度的VO2薄膜的電阻值發(fā)生改變。參照?qǐng)D5，VO2薄膜的電阻值在從約50°C至約60°C的溫度范圍內(nèi)改變約IO3倍。當(dāng)溫度在高于約55°C的范圍時(shí)，VO2薄膜以金屬特性表現(xiàn)出非常低的電阻值。然而，當(dāng)溫度在低于約55°C的范圍時(shí)，VO2薄膜以絕緣體特性表現(xiàn)出非常高的電阻值。在此情況下，預(yù)定溫度可為約55°C，越過此溫度發(fā)生金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)。因此，當(dāng)接觸層140由VO2薄膜形成時(shí)，在接觸層140具有金屬特性的高于約55°C的溫度，歐姆接觸可形成在接觸層140和納米線130之間。另一方面，在接觸層140具有絕緣體特性的低于約55°C的溫度，肖特基接觸可形成在接觸層140和納米線130之間。圖3是當(dāng)通過利用陽光方式的光生伏打方法產(chǎn)生電能時(shí)，圖I所示的電能產(chǎn)生器的剖視圖。在高于預(yù)定溫度的溫度，歐姆接觸可形成在接觸層140和納米線130之間的界面140a處，且電能產(chǎn)生器可將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋８敿?xì)地，當(dāng)接觸層140由例如VO2薄膜形成時(shí)，在高于約55°C的溫度，歐姆接觸可形成在接觸層140和納米線130之間的界面140a處。在此情況下，外部太陽光透過可由透明材料形成的第二基板150提供。電子和空穴可分開并然后從由半導(dǎo)體層120和納米線130形成的p-n結(jié)遷移，由此獲得電能。圖4是當(dāng)通過利用機(jī)械振動(dòng)方式的壓電方法產(chǎn)生電能時(shí)，圖I所示的電能產(chǎn)生器的剖視圖。在低于預(yù)定溫度的溫度，肖特基接觸可形成在接觸層140和納米線130之間的界面140a處，且電能產(chǎn)生器可將機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。更詳?xì)地，當(dāng)接觸層140由例如VO2薄膜形成時(shí)，在低于約55°C的溫度，肖特基接觸可形成在接觸層140和納米線130之間的界面140a處。在此情況下,第二基板150可通過外部機(jī)械力振動(dòng)(vibration),于是由于接觸層140和納米線130之間產(chǎn)生的摩擦而可以產(chǎn)生電能。當(dāng)接觸層140相對(duì)于納米線130移動(dòng)時(shí)，與接觸層140具有界面140a的納米線130上部可由于接觸層140的水平和/或垂直移動(dòng)而經(jīng)歷變形(例如，彎曲)。因此，通過重復(fù)地施加應(yīng)力，第二基板150的振動(dòng)可重復(fù)地在納米線130的上部引起變形和松弛過程。該上部上的重復(fù)的變形和松弛過程可產(chǎn)生每個(gè)納米線130的上部和下部之間的電勢差，由 于該電勢差的存在，這可以引起電子流動(dòng)并因而產(chǎn)生電能。根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，接觸層140可由具有基于溫度變化的MIT特性的材料形成。形成在接觸層140和納米線130之間的接觸的特性可隨著改變溫度而變化。這樣，當(dāng)接觸層140在高于預(yù)定溫度的溫度具有歐姆接觸時(shí)，太陽能可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?dāng)接觸層140在低于預(yù)定溫度的溫度具有肖特基接觸時(shí)，機(jī)械振動(dòng)能可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。因此，不同類型的外部能可有效地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。如上所述，根?jù)本發(fā)明上述一個(gè)或更多實(shí)施例，形成在納米線和接觸層之間的歐姆接觸或肖特基接觸可相對(duì)于溫度而改變。這樣，太陽能或機(jī)械振動(dòng)能可有效地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妭}泛。應(yīng)該理解這里描述的示范實(shí)施例應(yīng)當(dāng)僅在說明意義上考慮而不是用于限制目的。每個(gè)實(shí)施例中的特征或方面的描述應(yīng)當(dāng)通常認(rèn)為可用于其它實(shí)施例中的其它類似特征或方面。而且，由于本領(lǐng)域技術(shù)人員可易于進(jìn)行各種變型和改變，因此不希望本發(fā)明限制于所示出和描述的確切構(gòu)造和操作，相應(yīng)地，所有適合的變型和等效物意圖落在要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電能產(chǎn)生器，包括 第一基板； 第二基板，距離所述第一基板預(yù)定距離設(shè)置； 多個(gè)細(xì)長部件，設(shè)置在所述第一基板和所述第二基板之間，其中所述多個(gè)細(xì)長部件中的至少一個(gè)由壓電材料形成；及接觸層，設(shè)置在所述第二基板上， 其中所述接觸層由具有金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變特性的材料形成，且 其中所述多個(gè)細(xì)長部件中的所述至少一個(gè)的第一端與所述接觸層形成接觸。
2.如權(quán)利要求I的電能產(chǎn)生器，其中所述多個(gè)細(xì)長部件中的所述至少一個(gè)的第二端與 所述第一基板形成p-n結(jié)。
3.如權(quán)利要求I的電能產(chǎn)生器，其中所述多個(gè)細(xì)長部件是納米線。
4.如權(quán)利要求I的電能產(chǎn)生器，其中所述接觸層的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變特性是以溫度變化為基礎(chǔ)的。
5.如權(quán)利要求4的電能產(chǎn)生器，其中所述細(xì)長部件的所述第一端和所述接觸層之間的所述接觸在高于預(yù)定溫度的溫度是歐姆接觸。
6.如權(quán)利要求4的電能產(chǎn)生器，其中所述細(xì)長部件的所述第一端和所述接觸層之間的所述接觸在低于預(yù)定溫度的溫度是肖特基接觸。
7.如權(quán)利要求4的電能產(chǎn)生器，其中所述接觸層包括釩氧化物。
8.如權(quán)利要求I的電能產(chǎn)生器，其中所述接觸層形成在由可變形材料形成的透明基板上。
9.如權(quán)利要求3的電能產(chǎn)生器，其中所述納米線包括鋅氧化物、鋯鈦酸鉛或聚偏氟乙烯。
10.如權(quán)利要求I的電能產(chǎn)生器，其中所述第一基板是包括無機(jī)材料和有機(jī)材料至少之一的半導(dǎo)體層。
11.如權(quán)利要求2的電能產(chǎn)生器，其中所述細(xì)長部件是由n型半導(dǎo)體材料形成的納米線，且 其中與所述納米線的所述第二端形成P-n結(jié)的所述第一基板是由p型半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體層。
12.如權(quán)利要求2的電能產(chǎn)生器，其中所述細(xì)長部件是由p型半導(dǎo)體材料形成的納米線，且 其中與所述納米線的所述第二端形成P-n結(jié)的所述第一基板是由n型半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體層。
13.如權(quán)利要求I的電能產(chǎn)生器，其中所述多個(gè)細(xì)長部件基本垂直于所述第一基板和所述第二基板之一排列或相對(duì)所述第一基板和所述第二基板之一以預(yù)定角度排列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電能產(chǎn)生器，包括多個(gè)納米線、半導(dǎo)體層和接觸層。多個(gè)納米線由具有壓電特性的半導(dǎo)體材料形成。每個(gè)納米線的一端設(shè)置在半導(dǎo)體層上并與半導(dǎo)體層形成p-n結(jié)。每個(gè)納米線的另一端接觸由具有金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)特性的材料形成的該接觸層。
文檔編號(hào)H01L31/04GK102655206SQ20121003745
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者車承南, 金成珉 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社