теплової енергії навколишнього середовища на енергію постійного електричного струму.
Перетворювач представляє собою наступну принципову схему (див. рис. 1).
Рис.1. Принципова схема перетворювача.
де: П - кристал напівпровідника (кремній n-типу);
р-n - перехід з контактним електричним полем Ек;
М1 - металевий контакт з р-областю (алюміній);
М2 - металевий контакт з n-областю (алюміній);
d - глибина залягання р-n переходу (не більше 10 мКм);
RH - опір навантаження зовнішнього ланцюга.
Принцип роботи перетворювача полягає в наступному.
Наприклад, робота виходу електрона з напівпровідника n-типу становить 4,25 еВ, р-типу - 5,25 еВ, з алюмінію - 4,25 еВ. Тому, контакт М2 з напівпровідником n-типу є омміческім і не впливає на роботу перетворювача, а контакт М1 з напівпровідником р-типу є інжектується.
Під дією сил теплового руху і в результаті відмінності робіт виходу, електрони з металевого контакту М1 будуть інжектувати в р-область напівпровідника. Частина електронів рекомбінує з дірками р-області кристала, а інша частина електронів перекидатиметься електричним полем р-n переходу Ек в n-область кристала. При цьому n-область напівпровідникового кристала і контакт М2 будуть заряджатися негативно, а контакт М1, через відхід з нього електронів, - позитивно, що в підсумку призведе до виникнення різниці електричних потенціалів між контактами М1 і М2.
Потік електронів з М1 у М2 буде мати місце до тих пір, поки зростаюче електричне поле між контактами не викличе зустрічний потік електронів з n-області в р-область кристала через зниження потенційного бар'єра р-n переходу. Коли ці струми електронів зрівняються, в ізольованому кристалі встановиться електричне та термодинамічна рівновага. При цьому між контактами М1 і М2 встановиться різниця потенціалів рівна половині контактної різниці потенціалів pn переходу (в даному випадку - 0,55 В), що означає наявність між ними е.р.с. (Холостого ходу).
Якщо замкнути контакти М1 і М2 зовнішнім металевим провідником з опором RH, то електричне і термодинамічна рівновага напівпровідникового кристала порушиться і в ланцюзі навантаження потече електричний струм I RH. При цьому pn перехід буде охолоджуватися, тому що енергія електронів перехідних з р-області в n-область напівпровідника буде збільшена за рахунок внутрішньої (теплової) енергії кристалічної гратки напівпровідника. Для підтримки в ланцюзі навантаження постійного по величині струму до нього необхідно підводити теплоту від навколишнього середовища - Qo.c.
Автор Зерно Анатолій Миколайович