Устройство для генерации электричества

007524 Область изобретения Настоящее изобретение относится к получению электрической, механической энергии или энергии когерентного излучения благодаря химическим реакциям, протекающим на поверхности катализатора на временах более коротких, чем те, за которые между различными формами выделяемой энергии достигается тепловое равновесие. Характеристика известного уровня техники В последних экспериментальных работах выявлены ключевые стадии протекания различных каталитических процессов: 1) на временном интервале длительностью порядка 0,01 пс, в течение которого химические реагенты образуют связи с поверхностью катализатора, вызывая эмиссию носителей заряда,например, электронов и дырок; 2) на временном интервале длительностью порядка одной пикосекунды,в течение которого реагенты адсорбируются и теряют энергию в результате квантовых переходов после того, как оказываются захваченными в потенциальной яме между адсорбатом и поверхностью катализатора, вызывая при этом эффекты электронного трения, токи носителей заряда и излучение фононов и 3) на временных интервалах длительностью порядка одной наносекунды и более, в течение которых промежуточные и конечные продукты реакции излучают электромагнитную энергию, как во время удержания их на поверхности катализатора, так и сразу же после того, как они покинут ее. Эти явления сопровождаются тремя процессами выделения энергии, а именно: 1) эмиссией носителей заряда (электронов и дырок), 2) излучением фононов и 3) излучением фотонов. Открытие этих предравновесных процессов эмиссии позволяет реализовать новые пути для превращения в полезную работу той высокопотенциальной химической энергии, которая имеет место во время существования предравновесных фаз. Термин "предравновесный" относится к промежутку времени, очень короткому, в течение которого продукты химических реакций еще не достигли теплового равновесия. К этим продуктам относятся высвобождение энергии путем испускания частиц, например, как носители заряда; высокочастотные фононы, которые, как правило, связаны с оптической ветвью колебаний кристаллической решетки или же с акустической ветвью колебаний с такими же длинами волн и энергией; и непосредственно продукты химических реакций, находящихся в возбужденных состояниях. До открытия этих путей быстропротекающего процесса излучения энергии считалось, что энергия,выделяемая в каталитическом процессе, например энергия адсорбции или энергия образования, является тепловой энергией в условиях равновесности. И действительно, эмиттированные носители заряда достигают состояния теплового равновесия за времена длительностью порядка 10 фс, а излученные фононы термализуются за времена длительностью от нескольких до 100 пс. Краткое изложение существа изобретения В одном варианте, служащем в качестве примера осуществления изобретения, эмиссия носителей заряда, например электронно-дырочных пар, образующихся за счет активности химических реагентов или химических реакций, протекающих на поверхности или в приповерхностных слоях катализатора,кластеров или нанокластеров, преобразуется в электрический потенциал. В другом варианте, служащем в качестве примера осуществления изобретения, для обеспечения указанного преобразования используют полупроводниковые диоды, например как диоды с р-n переходами или диоды Шотки, сформированные между катализатором и полупроводниками. Эти диоды выполнены с возможностью захвата баллистических носителей заряда и могут представлять собой диоды Шотки, диоды с р-n переходом или диоды,сформированные различными комбинациями структур типа металл-полупроводник-оксид. Толщина промежуточного слоя оксида предпочтительно должна быть меньше длины свободного пробега, связанного с потерями энергии соответствующего носителя заряда (например, дырки или электрона). Диоды размещают с возможностью контакта с нанослоем или нанокластером катализатора или вблизи него на расстоянии, порядок величины которой меньше оценочной длины свободного пробега соответствующего баллистического носителя заряда, образующегося в катализаторе. В одном варианте осуществления изобретения диод размещают рядом с кластером катализатора, а в другом варианте диод размещают под катализатором в виде подложки. Носители заряда пролетают баллистическим путем на расстояния, которые могут превышать ширину соответствующим образом изготовленных переходов в полупроводнике, аналогично тому, как это имеет место при термоэлектронном эффекте. Однако в отличие от термоэлектронного эффекта, носители заряда по настоящему изобретению не должны иметь энергию, превышающую значение работы выхода задействованного материала. Движение носителей заряда ограничивается вследствие разности значений уровней Ферми, или химического потенциала, по разные стороны перехода. Полученная разность напряжений неотличима от таковой фотогальванического приемника излучения. При этом, однако, носитель заряда попадает в валентную зону или в зону проводимости, а электрическая цепь обеспечивает для него соответствующую пару - дырку или же электрон. Настоящее изобретение также предлагает устройства и способы преобразования в механическое движение энергии, выделяемой при каталитических реакциях на временах до того, как произойдет термализация. В варианте, служащем в качестве примера осуществления изобретения, полученное движение используется для перемещения гидравлической жидкости с преодолением противодавления. Последние достижения в области технологии изготовления структур с квантовыми ямами, атомно-1 007524 сглаженными сверхрешетками и наноструктур позволяют обеспечить такую степень их физических параметров, какие могут обеспечить необходимые пути реакций (испускание носителя заряда, фонона, фотона), или же повысить эффективность приемника энергии излучения. Рабочая температура устройства в соответствии с настоящим изобретением может достигать всего нескольких сотен градусов Кельвина,что значительно ниже обычных рабочих температур общеизвестных систем на термофотогальванических и термоэлектронных элементах (1500-2500 K). Кроме того, величины удельной мощности на единицу массы или объема, которые, в конечном счете, можно достичь при использовании в соответствии с настоящим изобретением предравновесных эмиссионных процессов, превосходят таковую у топливных элементов традиционных термофотогальванических или термоэлектронных систем. Более того, по сравнению с топливными элементами, которые требуют сложной системы каналов подачи реагентов, устройства, предлагаемые в данном изобретении, позволяют смешивать топливо и воздух в одном и том же трубопроводе, что упрощает требования к системе подачи реагентов. Сочетание высокой плотности потока энергии в пересчете на массу и объем, простота и более низкие рабочие температуры делают способы и устройства настоящего изобретения конкурентоспособными и уникальными для практического использования. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показано сечение варианта устройства для генерации электричества в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 2 показано сечение варианта устройства для преобразования энергии, выделенной за счет каталитической реакции, в механическую работу. На фиг. 3 показано сечение варианта устройства для пьезоэлектрической генерации электричества. На фиг. 4 проиллюстрирован вариант размещения элементов для генерации электричества или пучков излучения в соответствии с настоящим изобретением. Подробное раскрытие существа изобретения На фиг. 1 показано сечение варианта устройства в соответствии с настоящим изобретением. Устройство, показанное на фиг. 1, включает в себя катализатор 105, который размещен на верхней поверхности устройства с возможностью контактирования с молекулами окислителя 103 и молекулами топлива 102. В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг. 1, в качестве катализатора 105 может использоваться платина или палладий, окислителя 103 - воздух, а топлива 102 - водород или реагирующий углеводород, например метанол или этанол. Отходящие молекулы 104 образуются вследствие каталитической реакции. Вариант устройства настоящего изобретения, показанный на фиг. 1, включает в себя пару диодов Шотки, которые выполняют функцию коллекторов носителей заряда, при этом первый диод 113 сформирован на верхней поверхности устройства рядом с катализатором 105 (далее сопряженный поверхностный диод 113), а другой диод 109 сформирован в объеме подложки 108 под катализатором (далее диод 109 в подложке) . Слой изолятора 111 сформирован между сопряженным поверхностным диодом и 113 и подложкой 108, как показано. Диоды 109 и 113 предпочтительно сделаны из биполярного полупроводника, например, InGaAsSb, выбранного по составу так, чтобы оптимизировать выбранные рабочие условия. Например, энергия второй гармоники продольной моды колебаний молекулы СО на поверхности катализатора равна 2340 см-1 и соответствует энергии фотона 0,58 эВ. (Это согласуется с шириной зоны 0,53 эВ недавно разработанного InGaAsSb диода, описанного в статье "Physics evaluation", Journal of Applied Physics, том 85,4, Февраль, 1999). Диоды 109 и 113 в предпочтительном варианте имеют относительно низкую высоту барьера, например, в диапазоне 0,05-0,4 В. Диод 109 в подложке должен быть в достаточной степени смещен в прямом направлении (например, до 3 В) для того, чтобы приподнять его валентную зону и зону проводимости выше уровня Ферми катализатора 105 так, чтобы соответствовать уровням энергии адсорбированных на поверхности катализатора реагентов, например, кислорода или свободных углеводородных радикалов. Это вызывает резонансное туннелирование энергии в диод 109 в подложке с помощью фотонов. Размер оксидного барьера или обедненной области должен быть меньше, чем длина баллистического переноса, который составляет порядка 10 нм. Для формирования промежуточного слоя 106 между катализатором 105 и полупроводниковым материалом диода 109 в подложке могут применяться такие металлы, как Mg, Sb, Al, Аg, Sn, Cu ИЛИ Ni. Промежуточный слой 106 служит для обеспечения согласования параметра решетки между материалами катализатора и подложки, что, в свою очередь, обеспечивает гладкую планарную поверхность контакта для создания структуры с квантовой ямой, состоящей из катализатора, вакуума над ним и промежуточного слоя под ним. Структура с квантовой ямой и гладкими поверхностями изменяет плотности электронных состояний со стороны подложки и вакуума таким образом, чтобы увеличить количество электронов с желаемой энергией. Толщины катализатора и промежуточного слоя должны быть достаточно малыми для того, чтобы обеспечить баллистический перенос носителей заряда. Этот размер, как правило, составляет менее 20 нм. Современный уровень технологий позволяет создавать структуры с квантовой ямой, имеющие с толщину менее, чем 0,5 нм. Структура с квантовой ямой может быть создана в виде островка, подобно стопке блинов, на поверхности (такие структуры именуются как квантовая точ-2 007524 ка). Устройство, показанное на фиг. 1, может также включать непроводящий слой 107, сформированный между диодом 109 в подложке и катализатором 105. Слой 107, который может представлять собой слой окисла, позволяет прикладывать на диод 109 прямое смещение без существенного увеличения прямого тока. Этот слой 107 является барьером для такого прямого тока. Также, по желанию, на поверхности устройства может быть сформирован оксидный барьер 114 между катализатором 105 и поверхностным диодом 113. Электрические контакты 101, 110 и 112 формируются, как показано на фиг. 1. Контакты 101 и 110 служат электрическими выводами для поверхностного диода. В устройстве, показанном на фиг. 1, слой катализатора 105 может включать структуру с квантовой ямой (в том числе квантовые точки), имеющую толщину, как правило, менее 20 нм и являющуюся достаточно малой для того, чтобы изменить плотности электронных состояний в катализаторе так, чтобы создать преимущественно моноэнергетические дырки или электроны. Диод 109 в подложке и катализатор 105 могут быть разделены промежуточным слоем 106 из металла, который обеспечивает согласование параметров решетки этого слоя с катализатором. Катализатор 105 и промежуточный слой 106 образуют квантовую яму. Промежуточный слой 106 должен быть достаточно тонким, чтобы обеспечивать перенос электронов в диод без изменения их энергии. Толщина промежуточного слоя 106 предпочтительно должна быть менее 20 нм. В иллюстративном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением диод 109 в подложке изготовлен на основе прямозонного полупроводника n-типа с шириной зоны, позволяющей эмиттирование электронов, обладающих большой энергией. В другом варианте осуществления устройства толщина слоя или размер кластера (если слой формируется в виде кластеров) катализатора 105 делается достаточно малым для того, чтобы обеспечить появление запрещенных зон, дискретных электронных состояний и каталитических свойств, отличных от таковых в объемном материале. В этом случае катализатор 105 может предпочтительно представлять собой золото, серебро, медь или никель и быть нанесен в виде нанослоя или кластеров, состоящих из 200 атомов. На фиг. 2 показан вариант осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением, в котором излучение фононов, вызываемое реакциями адсорбции и связывания на поверхности слоя, кластеров или наноструктур катализатора или внутри него, преобразуется в давление гидравлической жидкости. В соответствии с настоящим изобретением давление, производимое фононами и направленное внутрь объема катализатора по одну сторону объема катализатора, формирует фононную волну, направление распространения которой может быть задано геометрией катализатора (или подложки, на которой катализатор может быть расположен) так, чтобы фононы достигали другой стороны подложки и передавали давление на жидкость. Длина такого пути должна быть меньше среднего расстояния, на котором направление фонона остается существенно невозмущенным. Фононы выходят под углом (угол скольжения) так, чтобы направленное и асимметричное давление выходящих фононов проявлялось как волновое движение с другой стороны объема катализатора, отталкивающее жидкость, например жидкий метал или расходуемый подслой, вызывая ее движение в направлении, параллельном нижней поверхности. Видимый отрицательный коэффициент трения между стенкой и жидкостью проявляется в виде волнового движения или направленных импульсов вдоль нижней поверхности устройства. Вариант устройства состоит из подложки 203, имеющей пилообразную форму верхней и нижней поверхностей, как показано на фиг. 2. Нижняя поверхность находится в контакте с гидравлической жидкостью 204. Как показано на фиг. 2, подложка может представлять собой множество субструктур 200,имеющих прямоугольное сечение и собранных вместе под углом по отношению к жидкости 204. На верхней поверхности подложки каждая субструктура имеет слой 201, состоящий из катализатора. На экспонируемой боковой поверхности субструктур каждая субструктура 200 содержит слой 202,состоящий из материала, химически инертного в отношении катализатора и реагентов. Каждая субструктура состоит из подложки 203, функционирующей также и как волновод для фононов. При изготовлении слоя катализатора 201 и подложки 203 может использоваться платина, в качестве окислителя - воздух, в качестве реагирующего углеводородного топлива - этанол или метанол, а в качестве гидравлической жидкости - вода или ртуть. Эта жидкость может также служить охладителем для устройства, обеспечивая работу при высоких плотностях энергии. Катализатор 201 и подложка 203 могут быть выполнены из одного материала, например платины. Другие материалы подложки могут использоваться в зависимости от соображений технологичности, требований к структуре и/или условий согласования импедансов для того, чтобы обеспечить максимальную глубину распространения фононов в гидравлическую жидкость. Толщины слоя 201 платинового катализатора и подложки 203 должны быть меньше длины свободного пробега оптических фононов или высокочастотных акустических фононов без изменения их энергии, которая составляет по меньшей мере примерно 10 нм и может достигать до 1 мкм. Для создания зубчатого рельефа филя на поверхности подложки 203 с характерным размером-3 007524 структур до 1 мкм могут применяться методы нанотехнологии. Выбор преимущественного места протекания реакций, а значит, и направления распространения фононов, показанного на фиг. 2, стрелкой, задается осаждением химически инертных слоев 202 на соответствующих поверхностях боковых граней выступов зубчатой структуры, в данном случае, на правых. Рэлеевские волны акустического, ультразвукового и гигагерцового диапазонов могут использоваться со стороны катализатора для ускорения скоростей реакций и синхронизации излучения фононов. Эти волны увеличивают интенсивность излучения фононов и вызывают когерентное излучение, значительно усиливая тем самым пиковую и среднюю мощности. Еще в одном варианте осуществления устройства между подложкой и жидкостью формируется тонкий слой или слои материала. Эти слои состоят из материалов, имеющих значение акустического импеданса в диапазоне его значений между материалами подложки 203 и гидравлической жидкости 204 с тем, чтобы максимизировать передачу импульса в гидравлическую жидкость и минимизировать обратные отражения в подложку 203. Материал выбирается таким, чтобы модуль упругости и характеристики распространения фононов в его объеме позволяли фононам выходить из подложки и, в значительной степени, передаваться в жидкость с минимальными отражениями и потерями энергии. В другом варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением излучение фононов, генерируемых каталитическими реакциями, преобразуется в электрический ток путем использования пьезоэлектрического эффекта, имеющего место в материалах при падении на них фононов. Вариант исполнения такого устройства показан на фиг. 3. Вариант осуществления устройства настоящего изобретения, показанный на фиг. 3, содержит слой катализатора 301, сформированный на пьезоэлектрическом элементе 303, который, в свою очередь, располагается на опорной подложке 304. Слой катализатора 301 может быть выполнен в виде нанокластера,нанослоя или квантовой ямы. Электрические выводы 302 создаются на противоположных концах пьезоэлектрического элемента 303, на котором формируется потенциал в соответствии с настоящим изобретением. В варианте исполнения устройства, показанном на фиг. 3, слой катализатора 301 выполняется из платины, окислитель представляет собой воздух, а реагирующее углеводородное топливо - этанол или метанол. Пьезоэлектрический элемент 303 может выполняться из любого из любого пьезоматериала,включая полупроводники, не являющиеся в обычном состоянии пьезоэлектриками, например InGaAsSb. Рассогласование решеток между полупроводником и платиной приводит к возникновению напряжений,известный как деформационный потенциал, индуцирующий проявление пьезоэлектрических свойств в полупроводниках, ферроэлектриках или пьезоэлектрических материалах с высокой нелинейностью, например тонких пленках (Ва, Sr) ТiO3, напряженного слоя AlxGa1-xAs/GaAs и p-i-n структурах с квантовой ямой на основе InGaAs/GaAs(111)В. В случае выполнения пьезоэлектрического элемента 303 из полупроводникового материала этот полупроводник превращается диодным элементом, преобразующим фотоны в электричество, накапливающим электроны или преобразующим фононы в электричество. В варианте исполнения устройства настоящего изобретения, показанном на фиг. 3, по мере того как реагенты взаимодействуют с слоем катализатора 301, генерированные этими реакциями фононы проходят в пьезоэлектрический элемент 303. В результате на электрических выводах 302 пьезоэлектрического элемента 303 формируется потенциал. Подложка 304 предпочтительно выполняется в такой геометрии, чтобы фокусировать фононы для усиления нелинейности пьезоэлектрического элемента 303. Это приводит к самовыпрямлению высокочастотных фононов. В одном варианте исполнения пьезоэлектрический элемент 303 предпочтительно выполняется искривленным в форме линзы или отражательного концентратора с тем, чтобы сфокусировать генерированные катализатором фононы на пьезоэлектрический материал. Фокусировка фононов приводит в фокусе к движению атомов большой амплитуды. Такое движение атомов, вызванное фокусировкой, приводит к тому, что пьезоэлектрический материал становится нелинейным, и в фокусе в материале возникает нелинейный отклик, например генерирование электричества. В свою очередь, это приводит к тому, что пьезоэлектрический материал становится выпрямителем наведенного фононами высокочастотного тока. Рэлеевские волны акустического, ультразвукового и гигагерцового диапазонов могут использоваться со стороны катализатора для стимуляции скоростей реакций и синхронизации излучения фононов,увеличения интенсивности излучения фононов и создания когерентного излучения, значительно усиливая тем самым пиковую и среднюю мощности передаваемые пьезоэлектрическому элементу 303. Акустические рэлеевские волны ускоряют окислительные реакции на поверхности платинового катализатора. Для создания на поверхности катализатора 301 поверхностных акустических волн может применяться генератор (не показан). Частоты этих волны могут быть в акустическом, ультразвуковом или гигагерцовом диапазонах. Такие рэлеевские волны вызывают реакции, а также синхронизуют эти реакции, что, в свою очередь, синхронизует излучение фононов. В результате реализуется импульсное течение реакций,что усиливает мощность, передаваемую пьезоэлектрическому элементу 303. Рабочая частота устройства, показанного на фиг. 3, находится предпочтительно в гигагерцовом диапазоне и ниже для того, чтобы можно было достичь выпрямления переменных токов, создаваемых-4 007524 пьезоэлектрическим элементом 303, используя традиционные способы, например полупроводниковые диоды. Еще в одном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением электромагнитное излучение, например инфракрасные фотоны, испускаемые продуктами в возбужденном состоянии, например, радикалами и молекулами конечных продуктов в сильно возбужденных вращательных состояниях преобразуется в электричество фотогальванически. Для получения энергии из продуктов в возбужденном состоянии, например радикалов и молекул реакционных продуктов в сильно возбужденных колебательных состояниях, как находящихся на поверхности катализатора, так и десорбирующихся с нее, используется генерация вынужденного излучения. Полученная энергия реализуется в форме когерентного луча или пучка сверхизлучения инфракрасной или оптической энергии. Частоты излучения соответствуют основным частотам (изменение колебательного квантового числа на 1) или гармоникам (изменение колебательного квантового числа на 2 или больше) собственных колебательных частот реагентов. В соответствии с настоящим изобретением одновременно может быть получено несколько разных частот. Наряду с тем, что полученный когерентный луч может использоваться сам по себе, этот луч высокой интенсивности может также фотогальванически пребразовываться в электричество. В соответствии с настоящим изобретением такое излучение вызывается реакциями, протекающими на поверхности катализатора, и ускоряется благодаря использованию оптических резонаторов. На фиг. 4 показан вариант осуществления электрического генератора для реализации такого преобразования. Вариант исполнения устройства, показанный на фиг. 4, содержит одну или более подложек 401, на которые нанесен катализатор 402 в виде множества островков, нанокластеров, кластеров с квантовой ямой или квантовой точкой. Кластеры катализатора разнесены достаточно далеко друг от друга (т.е. десятки нанометров и более), а подложка делается достаточно тонкой (т.е. с общей оптической толщиной менее 1 см) с тем, чтобы ослабить поглощение ИК излучения на излучаемых частотах. Такая сборка кластеров катализатора на подложках 401 практически прозрачна для излучения, испускаемого в ходе реакций. Катализатор 402 предпочтительно представляет собой платину или палладий. Устройство предпочтительно содержит множество подложек 401, расположенных так, чтобы обеспечить реакционный объем. Пачка подложек с катализатором 401/402 заключается в оптический резонатор, имеющий элемент 403 с высоким коэффициентом отражения и элемент 404 с меньшим коэффициентом отражения, расположенных, как показано на фиг. 4. Этот оптический резонатор и пачка подложек с катализатором 401/402 предпочтительно находятся в резонансе с изучением, испускаемым в ходе реакций или его гармоникам. Оптический резонатор может использоваться для стимуляции излучения гармоник, т.е. излучения с изменением квантового числа на 2 и более, или увеличения энергии излучения. Предпочтительно оптический резонатор имеет множество частот так, как это имеет место, например, в резонаторе Фабри-Перо,который настраивается на гармоники частот излучающих частиц. Топливо 407, например водород, этанол или метанол и окислитель 408, например воздух, вводятся в оптический резонатор, где они взаимодействуют с катализатором в пачках подложек 401/402. Можно использовать обедненные топливные смеси, чтобы минимизировать резонансный перенос, обмен или распад энергии возбужденных колебательных состояний другим частицам той же химической природы в потоке отходящих газов в течение времени, пока эти частицы находятся в оптическом резонаторе, а фотогальванический преобразователь 405 поглощает излучение и преобразует его в электричество. В резонаторе может использоваться устройство 412 инициирования и синхронизации вынужденного излучения. Устройство 412 может быть общедоступным генератором вынужденного излучения, и оно может быть совмещено с устройством по настоящему изобретению известными способами. Оптический резонатор может быть выполнен, используя известные методы, так чтобы генерировать вынужденное излучение. Фотогальваническая ячейка, как правило, бывает не очень эффективной для преобразования длинноволновых ИК фотонов (от 1000 до 5000 обратных сантиметров), которые характерны для каталитических реакций. Высокая пиковая выходная мощность устройства 412 позволяет улучшить ситуацию и делает фотогальваническую ИК ячейку более эффективной. Фотогальванический преобразователь 405 размещается вне объема, занимаемого пачкой подложек с катализатором 401/402 где-либо в зоне видимости испускаемого излучения. Такое размещение позволяет обеспечить охлаждение фотогальванического преобразователя 405, используя известные способы. Электрические выводы 406 фотогальванического преобразователя 405 могут быть соединены через диод 410 с накопителем 411 электрической энергии. Фотогальванический преобразователь 405 на выходе выдает импульсы, следующие с частотой повторения, как правило, выше, чем один мегагерц. Накопитель 411 электрической энергии может представлять собой, например, конденсатор, конденсатор большой емкости или аккумулятор. Учитывая высокую частоту импульсного выходного сигнала, конденсатор, используемый в качестве накопительного устройства, может быть очень компактным. Единственно, что конденсатор должен быть достаточно большим, чтобы удерживать энергию одного импульса. Таким образом, энергия, накопленная в конденсаторе, может быть в миллионы раз меньше, чем энергия, поступающая от преобразователя 405 в секунду. Химические реагенты на поверхности катализатора допускают переходы на частоте гармоник, яв-5 007524 ляющихся частью цепочки переходов, и они, находясь на поверхности катализатора, сильно поляризованы, что приводит к тому, что для всех переходов элементы матрицы дипольного излучения имеют ненулевое значение. Также реагенты не имеют вращательного уширения, присущего свободным молекулам в газе, поскольку они прикреплены к поверхности и не могут вращаться. Эти особенности позволяют получить благодаря вынужденному излучению близкое к монохроматическому усиление гармоник. Электромагнитная энергия, излучаемая при стимуляции частиц, как показано на фиг. 4, может быть преобразована в квазимонохромные, полихромные или когерентные лучи высокой яркости. В каждом из вышеописанных вариантах, в которых используется фотогальванические полупроводники, катализатор предпочтительно работает при высокой поверхностной плотности энергии, т.е. свыше 10 Вт/см 2, для того, чтобы увеличить эффективность этих фотогальванических полупроводников. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для генерации электричества, содержащее катализатор и подложку, при этом катализатор размещен на подложке, а подложка снабжена диодом для приема носителей заряда из катализатора,которые при приведении топлива и окислителя в контакт с катализатором эмитируются из катализатора,создавая на диоде разность электрических потенциалов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит диэлектрический слой между диодом в подложке и катализатором, при этом диэлектрический слой обеспечивает возможность управления прямым смещением и характеристиками диода в подложке при прямом токе. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит поверхностный диод, который расположен со стороны подачи реагентов к катализатору и служит для приема и захвата электронов. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диод в подложке находится под прямым смещением с тем, чтобы усилить ее зону проводимости и валентную зоны выше уровня Ферми катализатора для их согласования с энергетическими уровнями адсорбируемых частиц. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диод в подложке содержит полупроводник InGaAsSb. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что поверхностный диод содержит полупроводник InGaAsSb. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что топливо содержит, по меньшей мере, этанол, метанол или водород. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диод в подложке представляет собой диод Шотки с шириной запрещенной зоны большей, чем энергия реакций, протекающих на поверхности катализатора. 9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что поверхностный диод представляет собой диод Шотки с шириной запрещенной зоны большей, чем энергия связи или энергия реакций. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диод в подложке представляет собой диод Шотки с высотой потенциального барьера в диапазоне от 0,05 до 0,4 В. 11. Устройство по п.3, отличающееся тем, что поверхностный диод представляет собой диод Шотки с высотой потенциального барьера в диапазоне от 0,05 до 0,4 В. 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катализатор содержит, по меньшей мере, платину или палладий. 13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катализатор содержит, по меньшей мере, квантовую яму или квантовую точку, имеющие толщину достаточно малую, чтобы изменить плотность электронных состояний в катализаторе так, чтобы создать преимущественно моноэнергетические дырки или электроны. 14. Устройство по п.2, отличающееся тем, что катализатор имеет толщину 1 нм или менее. 15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диод в подложке содержит прямозонный полупроводник n-типа с запрещенной зоной, имеющий запрещенную зону, которая способствует эмиссии быстрых электронов. 16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размер катализатора достаточно мал, чтобы иметь свойства, отличные от свойств объемного материала. 17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катализатор содержит, по меньшей мере, золото, серебро, медь и никель. 18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит охлаждающий агент, размещенный на дне поверхности устройства. 19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катализатор работает при пиковой поверхностной плотности потока энергии, большей 1 Вт/см 2. 20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит устройство для накопления электрической энергии, сопряженное с диодом в подложке, при этом устройство для накопления электрической энергии содержит по меньшей мере один конденсатор, конденсатор большой емкости или аккумулятор.