یک میکرو مولد بهینه شده MEMS فلز- نیمه هادی با خروجی پیزوالکتریک

در این مقاله طراحی و بهینه سازی یک مولد توان الکتریکی انجام شده است. عملکرد این مولد بر پایه تبدیل انرژیگرمایی نور خورشید به انرژی الکتریکی با استفاده از خمش یک تیر یک سر درگیر دو لایه فلز- نیمه هادی و یک لایه ازماده پیزوالکتریک می باشد. گرمای ایجاد شده توسط نور خورشید در تیرک موجب انبساط آن شده و به دلیل تفاوت ضرایبانبساط گرمایی در دو لایه، سبب خم شدن تیرک و ایجاد تنش مکانیکی در لایه پیزوالکتریک و در نتیجه تولید ولتاژالکتریکی در دو سر آن می گردد. ابعاد و جنس مواد تشکیل دهنده ساختار با بررسی نتایج حاصل از شبیه سازی های متعدد،طراحی و بهینه سازی شده است. میکرو مولد بهینه شده دارای طول برابر با 600μm شامل دو لایه فلز و نیمه هادی می باشد که لایه فلزی از جنس آلومینیوم با ضخامت 1/67μm و لایه نیمه هادی از جنس سیلیکون با ضخامت 2/5μm انتخاب گردیده است. ماده پیزوالکتریک قرار گرفته بر روی تیرک دولایه، از جنس PZT-5H با طول 200μm و ضخامت 2μm می باشد. پهنای تمامی لایه ها 25μm در نظر گرفته شده است. بیشینه ولتاژ 1/05 ولت تحت تابش نور با شدت (01/32x10(5)W/m(2 به سطح ساختار، به دست آمده است. شبیه سازی و بهینه سازی با استفاده از نرم افزار COMSOL Multiphysics انجام شده است.

کلیدواژه ها:

مولد توان الکتریکی ، پیزوالکتریک ، تیر یک سر درگیر ، سیستم های میکروالکترومکانیکی ، MEMS