Поток электронов из М1 в М2 будет иметь место до тех пор, пока возрастающее электрическое поле между контактами не вызовет встречный поток электронов из n-области в р-область кристалла из-за снижения потенциального барьера р-n перехода. Когда эти токи электронов сравняются, в изолированном кристалле установится электрическое и термодинамическое равновесие. При этом между контактами М1 и М2 установится разность потенциалов равная половине контактной разности потенциалов p-n перехода (в данном случае – 0,55 В), что означает наличие между ними ЭДС (холостого хода).
Под действием сил теплового движения и в результате различия работ выхода, электроны из металлического контакта М1 будут инжектироваться в р-область полупроводника. Часть электронов ре комбинируют с дырками р-области кристалла, а остальная часть электронов будет перебрасываться электрическим полем р-n перехода Ек в n-область кристалла. При этом n-область полупроводникового кристалла и контакт М2 будут заряжаться отрицательно, а контакт М1, из-за ухода из него электронов, – положительно, что приводит к возникновению разности электрических потенциалов между контактами М1 и М2.
Работа выхода электрона из полупроводника n-типа составляет 4,25 эВ, р-типа – 5,25 эВ, из алюминия – 4,25 эВ. Таким образом, контакт М2 с полупроводником n-типа является омическим и не влияет на работу преобразователя, а контакт М1 с полупроводником р-типа – инжектирующим.
Принцип работы преобразователя заключается в следующем.
Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя. П – кристалл полупроводника (кремний n-типа); р-n переход с контактным электрическим полем Ек; М1 – металлический контакт с р-областью (алюминий); М2 – металлический контакт с n-областью (алюминий); d – глубина залегания р-n перехода (не более 10 мкм); Rн – сопротивление нагрузки внешней цепи.
Полупроводниковый преобразователь предназначен для превращения тепловой энергии окружающей среды в энергию постоянного электрического тока. Теоретическое обоснование см. . Работу преобразователя поясняет принципиальная схема рис. 1.
Преобразователь тепловой энергии
Преобразователь тепловой энергии. Статьи. Наука и техника
Комментариев нет:
Отправить комментарий