袁庭洪　柏天宇

摘 要：它內(nèi)部主要由特殊布置的P、N型半導體構(gòu)成，P、N型半導體緊密結(jié)合形成P-N結(jié)，使得當光照或熱傳遞到P-N結(jié)時，其兩側(cè)形成正負電荷的累積，形成內(nèi)建電場，產(chǎn)生光生伏打效應，在內(nèi)建電場的兩側(cè)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(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，能不斷地給手機充電，同時又能作為保護套保護手機，節(jié)能環(huán)保、便捷。

關(guān)鍵詞：半導體；手機套；電池；吸熱；節(jié)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(fā)展，但是現(xiàn)在大多數(shù)的生產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)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(chǎn)生的熱量和外界光線產(chǎn)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(nèi)部基本結(jié)構(gòu)和原理

根據(jù)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(jié)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(jié)，P-N結(jié)兩側(cè)形成正負電荷的累積，在光照下形成內(nèi)建電場，產(chǎn)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(chǎn)生電位差），光子能量轉(zhuǎn)化為電能。

P-N結(jié)受到光照將會產(chǎn)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(qū)產(chǎn)生的光生空穴，N區(qū)產(chǎn)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(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對擴散到結(jié)電場附近時能在內(nèi)建電場洛倫茲力作用下漂移過結(jié)，光生電子被拉伸到N區(qū)，光生空穴被拉到P區(qū)，即電子空穴對被內(nèi)建電場分離，這導致在P區(qū)邊界附近產(chǎn)生光生空穴的累積，產(chǎn)生一個熱平衡與內(nèi)建電場方向相反的光生電場，其方向是由P區(qū)指向N區(qū)，產(chǎn)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(jié)電流由P區(qū)流向N區(qū)，在P、N端接入適當?shù)呢撦d，就會形成電流。原理如下圖：

2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計及其簡圖

在手機套內(nèi)部結(jié)構(gòu)中P、N型半導體的上下、左右交替連接，在其內(nèi)部形成多個PN結(jié)，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(nèi)部就可以形成數(shù)多個電池，用導線將內(nèi)部所有N型半導體和P型半導體形成的小電池串聯(lián)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(chǎn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(zhì)穩(wěn)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(fā)展前景

手機智能化、微型化和外形美觀是未來手機發(fā)展的趨勢，大多數(shù)手機生產(chǎn)商通過不斷地革新內(nèi)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(chuàng)造了很大的商業(yè)價值，這樣的方式在電子的發(fā)展上作出了很大的貢獻。然而，手機內(nèi)部的畜電池儲電低，再加上手機本身不會發(fā)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(chǎn)生熱量，影響了手機的運行速度。P、N型半導體材質(zhì)制成的手機套都能解決這些問題，吸收陽光和手機熱量產(chǎn)生電能給手機充電，環(huán)保和便捷，彌補了手機存在諸多的不足。

社會一直提倡開發(fā)清潔環(huán)保產(chǎn)品，清潔環(huán)保、無污染是未來產(chǎn)品發(fā)展的主流，P、N型半導體材質(zhì)制成的手機套就是這樣一款清潔環(huán)保產(chǎn)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(zhì)制成的手機套的出現(xiàn)，將會顛覆人們對手機套的認識。

隨著手機和互聯(lián)網(wǎng)+的結(jié)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(tǒng)銀行。據(jù)統(tǒng)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(shù)據(jù)，不難看出其中存在的巨大的商業(yè)價值。任何有價值的創(chuàng)新都會促進社會的發(fā)展，相信這樣節(jié)能、環(huán)保的設計會讓人愛不釋手，給社會創(chuàng)造更多的價值。因此，這樣的技術(shù)不應僅僅運用于電子產(chǎn)品，可以擴展到非電子產(chǎn)品，發(fā)揮其更大的作用，比如：能夠產(chǎn)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(jié)能環(huán)保

和其他電池相比，P、N型半導體材質(zhì)制成的手機套更加的環(huán)保，內(nèi)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(nèi)部酸性化學物質(zhì)外漏，造成化學污染。

4.2 經(jīng)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(chǎn)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(zhì)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）