P、N型半導體多功能手機套

袁庭洪　柏天宇

摘 要：它內部主要由特殊布置的P、N型半導體構成，P、N型半導體緊密結合形成P-N結，使得當光照或熱傳遞到P-N結時，其兩側形成正負電荷的累積，形成內建電場，產生光生伏打效應，在內建電場的兩側引出電機，并接上適當負載就形成電流。它通過吸收外界的光照和手機的熱量轉變為電能，能不斷地給手機充電，同時又能作為保護套保護手機，節能環保、便捷。

關鍵詞：半導體；手機套；電池；吸熱；節能

1 前言

隨著科技快速地向前推進，手機也逐漸向著智能化和微型化發展，但是現在大多數的生產商著手于手機的智能化和外觀的設計，以此來吸引顧客，忽略了手機普遍存在著電池儲能低、產生的熱量多、不能自身供電等缺陷，給使用者帶來諸多的不便。然而，P、N型半導體材質制成的手機套無疑彌補了手機的這些不足，通過吸收手機自身產生的熱量和外界光線產生電流，直接給手機充電，加快了手機的散熱和運行速度，同時和普通手機套一樣能夠保護手機。

2 工作原理

2.1 內部基本結構和原理

根據不同手機型號對保護套類型的要求不同，通過加工工藝將P型半導體和N型半導體材料合理布置和緊密結合，形成所需的手機套模型，在兩者的交界面處就形成P-N結，P-N結兩側形成正負電荷的累積，在光照下形成內建電場，產生光生伏打效應（光生伏打效應：指的是光照在不均勻的半導體后，會使其不同部位產生電位差），光子能量轉化為電能。

P-N結受到光照將會產生光生載流子，溫度越高載流子的濃度越高，半導體的導電能力就越強。P區產生的光生空穴，N區產生的光生電子屬于多子，都被勢壘擋住而不能順利的通過。只有P區的光生電子和N區的光生空穴和結區的電子空穴對擴散到結電場附近時能在內建電場洛倫茲力作用下漂移過結，光生電子被拉伸到N區，光生空穴被拉到P區，即電子空穴對被內建電場分離，這導致在P區邊界附近產生光生空穴的累積，產生一個熱平衡與內建電場方向相反的光生電場，其方向是由P區指向N區，產生的電場使得勢壘降低，其減少量就是光生電勢差，P端為正N端為負，于是結電流由P區流向N區，在P、N端接入適當的負載，就會形成電流。原理如下圖：

2.2 內部結構設計及其簡圖

在手機套內部結構中P、N型半導體的上下、左右交替連接，在其內部形成多個PN結，每一對P、N型半導體的組合就可以形成一個小電池，這樣整個手機套內部就可以形成數多個電池，用導線將內部所有N型半導體和P型半導體形成的小電池串聯起來，從P端引出的導線為正極，從N端引出的導線為負極，這樣就形成了一個完整的自身產電的蓄電池，再通過USB接線插入手機USB接口就可以給手機充電。以下為其內部結構的放大圖：

2.3 手機套外部的設計

在P、N半導體材料表面沉積一小層SiN薄膜，用來減少硅片對光的反射，使更多的光被吸收利用，同時其表面化學性質穩定可以保護電池，其外部還要被防漏電和保護的最外層包裹，整個手機套由多層輕薄的材料組合成，這樣就形成了一個多功能的手機套。它具有一定的硬度以及彈性，具備普通手機套防止硬物在手機套上留下刮痕等功能。如下圖所示：

3 發展前景

手機智能化、微型化和外形美觀是未來手機發展的趨勢，大多數手機生產商通過不斷地革新內部軟件和美化外觀來吸引更多顧客，款式各式各樣，以此消除顧客的審美疲勞，創造了很大的商業價值，這樣的方式在電子的發展上作出了很大的貢獻。然而，手機內部的畜電池儲電低，再加上手機本身不會發電，如今的充電寶體積大、儲電也低，攜帶不便，給手機使用者帶來諸多不便。同時手機在使用過程中不斷產生熱量，影響了手機的運行速度。P、N型半導體材質制成的手機套都能解決這些問題，吸收陽光和手機熱量產生電能給手機充電，環保和便捷，彌補了手機存在諸多的不足。

社會一直提倡開發清潔環保產品，清潔環保、無污染是未來產品發展的主流，P、N型半導體材質制成的手機套就是這樣一款清潔環保產品，目前的電子市場恰恰缺少這種類型的手機套，相信P、N型半導體材質制成的手機套的出現，將會顛覆人們對手機套的認識。

隨著手機和互聯網+的結合使用，使得手機不在是過去人們意識里的一種通訊工具，甚至娛樂消遣，取代了傳統銀行。據統計全球平均每人擁有一部手機，也就是幾乎每人一個手機套，這樣的一個龐大數據，不難看出其中存在的巨大的商業價值。任何有價值的創新都會促進社會的發展，相信這樣節能、環保的設計會讓人愛不釋手，給社會創造更多的價值。因此，這樣的技術不應僅僅運用于電子產品，可以擴展到非電子產品，發揮其更大的作用，比如：能夠產電的手機貼膜、能給機器供電的散熱墊，等等。

4 設計意義

4.1 節能環保

和其他電池相比，P、N型半導體材質制成的手機套更加的環保，內部不進行任何化學反應，更不會像普通電池那樣使用一定時間后，電池槽受腐蝕而使內部酸性化學物質外漏，造成化學污染。

4.2 經濟實用

它具有一定的硬度和彈性，不僅僅有普通手機套的保護手機的作用，更能吸收手機的熱量和陽光產生電能，減少熱量對手機的影響。

4.3 便捷

由于其材料的特殊性，其質量和普通的手機套差不多，甚至更加輕盈，將會減少外出時攜帶充電寶帶來的不便。

參考文獻

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（作者單位：重慶交通大學）