P、N型半导体多功能手机套

袁庭洪　柏天宇

摘 要：它内部主要由特殊布置的P、N型半导体构成，P、N型半导体紧密结合形成P-N结，使得当光照或热传递到P-N结时，其两侧形成正负电荷的累积，形成内建电场，产生光生伏打效应，在内建电场的两侧引出电机，并接上适当负载就形成电流。它通过吸收外界的光照和手机的热量转变为电能，能不断地给手机充电，同时又能作为保护套保护手机，节能环保、便捷。

关键词：半导体；手机套；电池；吸热；节能

1 前言

随着科技快速地向前推进，手机也逐渐向着智能化和微型化发展，但是现在大多数的生产商着手于手机的智能化和外观的设计，以此来吸引顾客，忽略了手机普遍存在着电池储能低、产生的热量多、不能自身供电等缺陷，给使用者带来诸多的不便。然而，P、N型半导体材质制成的手机套无疑弥补了手机的这些不足，通过吸收手机自身产生的热量和外界光线产生电流，直接给手机充电，加快了手机的散热和运行速度，同时和普通手机套一样能够保护手机。

2 工作原理

2.1 内部基本结构和原理

根据不同手机型号对保护套类型的要求不同，通过加工工艺将P型半导体和N型半导体材料合理布置和紧密结合，形成所需的手机套模型，在两者的交界面处就形成P-N结，P-N结两侧形成正负电荷的累积，在光照下形成内建电场，产生光生伏打效应（光生伏打效应：指的是光照在不均匀的半导体后，会使其不同部位产生电位差），光子能量转化为电能。

P-N结受到光照将会产生光生载流子，温度越高载流子的浓度越高，半导体的导电能力就越强。P区产生的光生空穴，N区产生的光生电子属于多子，都被势垒挡住而不能顺利的通过。只有P区的光生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对扩散到结电场附近时能在内建电场洛伦兹力作用下漂移过结，光生电子被拉伸到N区，光生空穴被拉到P区，即电子空穴对被内建电场分离，这导致在P区边界附近产生光生空穴的累积，产生一个热平衡与内建电场方向相反的光生电场，其方向是由P区指向N区，产生的电场使得势垒降低，其减少量就是光生电势差，P端为正N端为负，于是结电流由P区流向N区，在P、N端接入适当的负载，就会形成电流。原理如下图：

2.2 内部结构设计及其简图

在手机套内部结构中P、N型半导体的上下、左右交替连接，在其内部形成多个PN结，每一对P、N型半导体的组合就可以形成一个小电池，这样整个手机套内部就可以形成数多个电池，用导线将内部所有N型半导体和P型半导体形成的小电池串联起来，从P端引出的导线为正极，从N端引出的导线为负极，这样就形成了一个完整的自身产电的蓄电池，再通过USB接线插入手机USB接口就可以给手机充电。以下为其内部结构的放大图：

2.3 手机套外部的设计

在P、N半导体材料表面沉积一小层SiN薄膜，用来减少硅片对光的反射，使更多的光被吸收利用，同时其表面化学性质稳定可以保护电池，其外部还要被防漏电和保护的最外层包裹，整个手机套由多层轻薄的材料组合成，这样就形成了一个多功能的手机套。它具有一定的硬度以及弹性，具备普通手机套防止硬物在手机套上留下刮痕等功能。如下图所示：

3 发展前景

手机智能化、微型化和外形美观是未来手机发展的趋势，大多数手机生产商通过不断地革新内部软件和美化外观来吸引更多顾客，款式各式各样，以此消除顾客的审美疲劳，创造了很大的商业价值，这样的方式在电子的发展上作出了很大的贡献。然而，手机内部的畜电池储电低，再加上手机本身不会发电，如今的充电宝体积大、储电也低，携带不便，给手机使用者带来诸多不便。同时手机在使用过程中不断产生热量，影响了手机的运行速度。P、N型半导体材质制成的手机套都能解决这些问题，吸收阳光和手机热量产生电能给手机充电，环保和便捷，弥补了手机存在诸多的不足。

社会一直提倡开发清洁环保产品，清洁环保、无污染是未来产品发展的主流，P、N型半导体材质制成的手机套就是这样一款清洁环保产品，目前的电子市场恰恰缺少这种类型的手机套，相信P、N型半导体材质制成的手机套的出现，将会颠覆人们对手机套的认识。

随着手机和互联网+的结合使用，使得手机不在是过去人们意识里的一种通讯工具，甚至娱乐消遣，取代了传统银行。据统计全球平均每人拥有一部手机，也就是几乎每人一个手机套，这样的一个庞大数据，不难看出其中存在的巨大的商业价值。任何有价值的创新都会促进社会的发展，相信这样节能、环保的设计会让人爱不释手，给社会创造更多的价值。因此，这样的技术不应仅仅运用于电子产品，可以扩展到非电子产品，发挥其更大的作用，比如：能够产电的手机贴膜、能给机器供电的散热垫，等等。

4 设计意义

4.1 节能环保

和其他电池相比，P、N型半导体材质制成的手机套更加的环保，内部不进行任何化学反应，更不会像普通电池那样使用一定时间后，电池槽受腐蚀而使内部酸性化学物质外漏，造成化学污染。

4.2 经济实用

它具有一定的硬度和弹性，不仅仅有普通手机套的保护手机的作用，更能吸收手机的热量和阳光产生电能，减少热量对手机的影响。

4.3 便捷

由于其材料的特殊性，其质量和普通的手机套差不多，甚至更加轻盈，将会减少外出时携带充电宝带来的不便。

参考文献

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（作者单位：重庆交通大学）