TW201642485A - 太陽能天線陣列及其製造和使用技術 - Google Patents

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Abstract

一太陽能天線陣列可包含隨機置放的碳奈米管天線之一陣列其可擷取日光及將日光轉換成電力。建構該太陽能天線陣列之方法可使用一模具及自行對齊製程步驟用以最小化成本。設計可經優化用於擷取一廣頻譜的非偏振光。另外，該陣列可產生光，及當連結成可獨立控制區段的一陣列時可操作為反射式顯示器或光透射式顯示器。

Description

太陽能天線陣列及其製造和使用技術 參考相關申請案
本案為美國專利申請案第14/582,747號申請日2014年12月24日的連續部分，該案全文內容爰引於此並融入本說明書之揭示；及美國專利申請案第13/454,155號申請日2012年4月24日的連續部分，該案全文內容爰引於此並融入本說明書之揭示。
發明領域
本文揭示之各種面向可有關於用於將太陽能轉換成電能的可見光整流天線陣列之經濟製造方法。
發明背景
用於將高頻信號AC轉換成DC的整流器數十年來已為眾所周知。一特定類型的二極體整流器當耦合至天線時稱作整流天線也已知數十年之久。更明確言之，超過20年前，Logan於美國專利案第5,043,739號核准日1991年8月27日中描述一陣列的整流天線用以擷取微波且將微波轉換成電能。但天線的維度限制了頻率，直到晚近，當Gritz於美國專利案第7,679,957號核准日2010年3月16日描述運用相似的結構來將紅外光轉換成電能；及於「用於高效率 日光直接轉換成電能的奈米整流天線」，作者Pietro Siciliano，微電子及微系統學會IMM-CNR，麗喜(義大利)中，Pietro Siciliano提示此種結構可用於日光。
又，針對此等可見光整流天線要求的最小維度通常為數十奈米。雖然此等維度可藉今日的深次微米遮罩技術達成，但此種處理典型地仍比目前要求遠更大維度的太陽能電池方法遠更昂貴。
又，如Logan於美國專利案第5,043,739號中指出，微波整流天線的效率可高達40%，此乃比典型單接面多晶矽太陽能電池陣列的效率更高加倍以上，且如Pietro提示，當使用金屬-氧化物-金屬(MOM)整流二極體時，於該陣列核心中無需半導體電晶體。
如此，優異地係能夠利用目前半導體製造的既有製程能力而不會遭致此種製造成本。
又，晚近萊斯大學報告其研究學者製作出具有仿金屬的電氣及熱性質的碳奈米管(CNT)線。又復，如由Rosenberger等人於美國專利案第7,354,977號核准日2008年4月8日描述，單壁碳奈米管(SWCNT)結構變成更可製造。也可預期各種形式的連續式CNT生長，諸如Lemaire等人於美國專利案第7,744,793號核准日2010年6月29日在生長期間反複地收穫CNT「林區」，及/或使用由Predtechensky等人於美國專利案第8,137,653號核准日2012年3月20日描述的技術付諸實施。Grogorian等人於美國專利案第7,431,985號核准日2008年10月7日描述連續地推送碳氣體通過有觸媒 背襯的多孔膜來生長CNT。
又復，其它人曾預期使用SWCNT用於各種結構，諸如萊斯大學的CNT線，描述於「萊斯的碳奈米管纖維效能優於銅」，作者Mike Williams，2014年2月13日張貼於news.rice.edu/2014/02/13/rices-caron-nanontube-fibers-outpe rform-copper-2；磁性資料儲存裝置如由Tyson Winarski描述於美國專利案第7,687,160號核准日2012年3月30日；及特別，以天線為基礎的太陽能電池係由Tadashi Ito等人描述於美國專利公告案2010/0244656，公告日期2010年9月30日。又，Ito等人並未描述廉價地建構碳奈米管太陽能天線用於有效轉換太陽能的方法。
發明概要
本文揭示之各種面向有關於用以將日光轉換成電能的整流天線陣列之結構及/或此等結構之製造方式，其可運用自行排齊方法步驟及使用目前IC遮罩技術製造的模具用以達成針對天線連結要求的維度。
天線陣列的結構可包括碳奈米管1/4-波長天線之一陣列連結到電源軌或接地軌，其可藉直接金屬連結，或藉金屬氧化物碳(MoC)或金屬絕緣體絕緣體金屬(MiiM)二極體連結。天線可具有不等長度，而方差及構件係針對其可使用的環境加以調整。
於一個實施例中，電源線及接地線列的方向及高度可各異，及錐形化而界定連結於其間的該等碳奈米管天 線的位置、長度及方向的隨機變化。優化收集器可包含隨機配置的1/4-波長天線，其長度自80奈米變化至620奈米。天線陣列可附接至塑膠表面，其包括大百分比的厚膜金屬線用於收集電能及回反射光到陣列兩者。
此等厚膜金屬線可包含銅、鋁、銀、及/或傳導性元素中之一或多者的合金。
於一個實施例中，藉一串列經遮罩的各向異性V字形溝槽蝕刻，接著為抗黏著沈積，可製作一模具。該製程的一步驟可包括研磨去除抗蝕劑或氮化矽及碳化矽的蝕刻停止沈積來允許矽的未形成溝槽部接受V字形溝槽蝕刻。另外，蝕刻可進展至近似任何角度的V字形、U字形、或兩者的組合。
於另一個實施例中，天線陣列可於連續金屬沈積步驟中使用模具製造。當用作為沈積標靶時，模具可以是夾角或平坦，及沈積可比模具內的V字形溝槽之深度遠更少。聚合物層及厚膜金屬層也可沈積至模具上及經由多個通孔而電氣連結到電源線及接地線的陣列。通孔可藉雷射燒製。雷射可通過一遮罩廣泛散布。遮罩可具有充分彈性以藉由旋轉、平移與變形的組合而在模具上對齊襯墊。隨後，金屬及聚合物可與模具分開，及碳奈米管可生長於電源線與接地線間。
於一個實施例中，碳奈米管可從鎳珠長出，可電氣連結到接地線，連結至電源線上的氧化物層，使得碳奈米管的梢端、氧化物及金屬電源線形成MoC點接觸隧道二 極體。
於另一個實施例中，碳奈米管可從氧化物層長出，各自攜載一鎳珠被覆蓋於碳奈米管的梢端的鎳氧化物內，於該處其駐在另一個氧化物層內而形成MiiM二極體。另外，奈米管可從金屬層長出。
於又另一個實施例中，天線陣列可以可變脈衝電源供應器驅動，藉此產生光而非吸收光。
於又另一個實施例中，天線陣列可包含區域或子像素，其當啟動時吸收光，但當關閉時反射光，形成可自行供電的顯示器。該等子像素中之各者可含有多個反射其後方的顏色中之一者，使得各組子像素可含有足夠數目的顏色來形成彩色顯示器。各個子像素可吸收光、反射光、或產生光。一像素可包含多組子像素，於該處各組可含有具有相同反射色彩的子像素，該顏色係與在一像素內部的其它組的反射顏色不同。
10‧‧‧天線
11、12‧‧‧隧道二極體
13、23、102、145‧‧‧電源線
14、22、103、142‧‧‧接地線
20、24、25‧‧‧天線
30、33、36、37、47、80‧‧‧V字形溝槽
31‧‧‧抗蝕劑
32‧‧‧未經蝕刻表面
34‧‧‧第二集合之V字形溝槽
35‧‧‧第一集合之V字形溝槽
38‧‧‧PN二極體
40、84、87‧‧‧金屬糊膏、銅鋁
41、45、53、74、172、174‧‧‧觸媒珠、接地脊
42、51‧‧‧導體
43、49、52、59、83‧‧‧聚合物
48、54、67、93、171、173‧‧‧氧化物層、電源脊
50‧‧‧傳導性糊膏
57、58、63‧‧‧碳奈米管
60、61‧‧‧鋁脊、接地鋁脊
62、75‧‧‧絕緣材料、絕緣聚合物
64‧‧‧鎳珠
65‧‧‧氧化物塗覆層
66‧‧‧MoC隧道二極體
68‧‧‧鎳氧化物層
69‧‧‧鉑氧化物層
70‧‧‧金屬脊、鉑脊
71‧‧‧MIIM二極體
72‧‧‧MIIM
73、94‧‧‧接地金屬脊
76‧‧‧電源及接地脊
81‧‧‧襯墊結構
82‧‧‧障壁金屬
85、95、116‧‧‧通孔
86‧‧‧聚合物背襯、聚合物板
90、120‧‧‧天線陣列
91‧‧‧電源襯墊
92‧‧‧接地襯墊
96、97‧‧‧中斷連結
98‧‧‧黏著孔
101‧‧‧厚膜層
110‧‧‧設備
111‧‧‧雷射
112‧‧‧透鏡
113、115‧‧‧點
114‧‧‧遮罩
117‧‧‧部分製造的太陽能電池
118‧‧‧掃描
119‧‧‧罩蓋
121‧‧‧電源及接地襯墊
122‧‧‧柱
123‧‧‧電源及接地脊
124‧‧‧玻璃板
125‧‧‧密封材料
131‧‧‧高頻脈衝
132‧‧‧脈衝前緣
133‧‧‧共振
141‧‧‧區段
143‧‧‧時鐘線、電源線
144‧‧‧資料線
147‧‧‧電容器
148、149‧‧‧N-通道電晶體
150‧‧‧P-通道電晶體
152‧‧‧塑膠底座
153‧‧‧框架
154‧‧‧蓋
155‧‧‧可撓性鉸鏈
157‧‧‧半反射材料
158‧‧‧蓋玻璃
161‧‧‧綠
162‧‧‧藍
163‧‧‧黃
164‧‧‧紅
175、176‧‧‧脊
現在將連結附圖描述本發明之各種實施例，附圖中：圖1為依據本文揭示之一面向，一天線陣列的概念圖，圖2為依據本文揭示之一面向，一天線陣列的另一概念圖，圖3a、3b、3c及3d為依據本文揭示之一面向，一模具於其製造期間的剖面圖， 圖4a、4b、4c及4d為依據本文揭示之一面向，碳奈米管天線的製造之剖面圖，圖5a、5b、5c及5d為依據本文揭示之一面向，碳奈米管天線的另一製造之剖面圖，圖6A、6B、6C、6D及6E為依據本文揭示之各種面向，在天線的一端或兩端上有各種二極體之碳奈米管天線的略圖，圖7為依據本文揭示之一面向，一天線陣列之經註釋的剖面圖，圖8為依據本文揭示之一面向，一經部分處理的天線陣列的剖面圖，圖9為依據本文揭示之一面向，一天線陣列之一區段的頂視圖，圖10為依據本文揭示之一面向，該厚膜層的頂視圖，圖11為以遮罩為基礎的雷射通孔燒製設備的剖面圖，圖12為依據本文揭示之一面向，具有玻璃蓋之已完成的天線陣列，圖13A及13B為可施加至電源線的脈衝及其導致天線振盪的略圖，圖14A及14B為依據本文揭示之面向，連結到一天線陣列顯示器的一區段之略圖，圖15A及15B為依據本文揭示之一面向，具有可 翻轉蓋的天線陣列顯示器之組態，圖16為依據本文揭示之一面向，包含一天線陣列彩色顯示器的四個有色區段之一像素實例的略圖，及圖17為依據本文揭示之一面向，具有不同尺寸的脊之一天線陣列的剖面圖。
較佳實施例之詳細說明
現在參考圖1-17描述本文揭示之面向，須瞭解附圖可例示各個實施例之主旨且可未按比例繪製或度量。
本文揭示之一面向的實例之概念圖係顯示於圖1。太陽能天線陣列之核心可具有多列天線10，由電源線13及接地線14分開。電源線及接地線分別可藉隧道二極體11及12而耦合至天線。當天線由可見光激發時，電流可自接地線流到電源線，如此產生經半整流的電能。精通業界現況的人士將瞭解額外電路，諸如切換及解耦電容器，可涵括於太陽能天線陣列的周邊，此點乃於適合用於商業應用的電壓產生穩定DC電力所期望者。
為了讓天線有效接收可見光，取決於天線是否耦合至一既有接地平面，可優異地讓天線為被擷取光之波長的1/4或1/2。為了製造此等小型結構，而未使用昂貴的遮罩操作，可形成一模具，藉該模具來製造電源線及接地線，及在電源線與接地線間成長碳奈米管天線。
現在參考圖2，天線陣列的另一幅概念圖。整流MOM二極體21可連結到電源線23及天線20，而天線的其它 端可直接連結到接地線22。因觸媒珠的隨機位置可決定碳奈米管的所在位置，天線20、24對接地線20的連結可能未對齊。藉此方式，碳奈米管天線可形成具有不等長度25、20的隨機設置1/4或1/2波長天線陣列。觸媒珠的直徑可決定奈米管的直徑，碳奈米管之結構或對掌性可部分地由施加的磁場決定，及奈米管的生長方向可由電源線與接地線間之電場方向決定，連結係於其縱向順序完成，如於圖5d中可見。
現在參考圖3a至圖3d，此乃模具製造期間之實例的剖面圖。規則寬度圖樣可暴露於抗蝕劑31，可進行短垂直電漿蝕刻接著為隨後V字形溝槽蝕刻，在殘餘抗蝕劑間留下第一集合的V字形溝槽30。選擇性地，經p摻雜的晶圓可用以建構模具，及在初始V字形溝槽上可進行38選擇性經n摻雜的擴散。其後，已清潔的晶圓可塗覆以一薄層的非黏著性材料，諸如氮化矽(SiN)或碳化矽(SiC)，塗覆第一集合的V字形溝槽33及晶圓頂面，如圖3b顯示。在研磨晶圓以去除未經蝕刻表面32上的非黏著性材料之後，第二集合的V字形溝槽可經蝕刻，留下第一集合35由非黏著性材料保護，如圖3c顯示。最後，額外一層非黏著性材料可添加至晶圓，覆蓋全部V字形溝槽36，如圖3d顯示。第一集合的V字形溝槽37可比第二集合的V字形溝槽蝕刻更寬，用來補償非黏著性材料的不同厚度。另外，不同的非黏著性材料，諸如氮化矽及碳化矽，可分別地沈積於第一35及第二34集合的V字形溝槽內。
現在參考圖4a至圖4d，依據本文揭示之一面向，天線陣列於其製造期間之實例的剖面圖。選擇性地，一薄層的導體可經氣相沈積，接著為碳奈米管催化劑，諸如鐵、鎳、或若干其它磁性金屬，或可電弧濺鍍至模具上，在該等V字形溝槽中形成一層小珠41。導體諸如金、銀、鉑、鋁或若干其它合宜金屬或合金，可再度沈積於V字形溝槽內使得觸媒珠41可懸浮於導體42內部，如圖4a可知。另外，在模具內形成於兩個集合的V字形溝槽間之PN二極體38可被施加逆偏壓，其可選擇性地沈積碳奈米管催化劑於部分V字形溝槽47內。聚合物諸如聚醯胺或若干其它合宜材料43然後可被塗覆於模具上方，如圖4b可知。部分固化聚合物43之後，通過薄聚醯胺層(於圖中未顯示)可形成通孔，及金屬糊膏厚膜，諸如銅鋁40，可被模板印刷至聚合物上，接著為相同的或另一種聚合物49的厚塗層。該結構可經固化，及接著從模具移出。短蝕刻可暴露接地線或脊上的觸媒珠45，如於圖4c中顯示。選擇性地，氧化物層可生長或沈積於電源脊48上，如於圖4d中顯示。其後，電源脊及接地脊可經加熱及分別地充電至正電壓及負電壓，可施加選擇性磁場，及烴諸如甲烷或乙快可連同其它較不具反應性的氣體而被導入沈積室內，用以在電源脊與接地脊間生長碳奈米管，如於圖4d中顯示。奈米管可從在帶負電荷的接地線上的觸媒珠生長至在帶正電荷的電源線上的氧化物48。於連結奈米管至導體之後，導體可經加熱，其可將碳奈米管退火成傳導性材料。
現在參考圖5a至圖5d，依據本文揭示之另一面向，天線陣列於其製造期間之實例的剖面圖。於此一實施例中，V字形溝槽可只以導體51填補，以聚合物52覆蓋，模板印刷傳導性糊膏50之線及聚合物59之一厚層，如於圖5a中顯示，及從模具移開。然後電源脊及接地脊可自背側上的傳導性糊膏線分別地充電至負電壓及正電壓，及已充電的已氧化的觸媒珠可選擇性地沈積至接地脊53上，其後氧化物可生長或沈積至電源脊54上，其可不含觸媒珠，如於圖5b中顯示。其後，碳奈米管可從接地脊於反向58朝向電源脊上的金屬生長，攜載觸媒珠於碳奈米管的梢端上，使得最短的碳奈米管57可連結於電源脊上的較低位置，而較長的碳奈米管58可連結較高，如於圖5d中可見。導體、觸媒珠及薄氧化物層的組合可形成金屬絕緣體絕緣體金屬(MIIM)二極體。
現在參考圖6A至圖6E，具有各種形式的二極體於天線兩端上的碳奈米管整流天線之略圖。於一個實例中，如於圖6A中顯示，藉由自內嵌於已接地鋁脊61的鎳珠64，或其它合宜傳導性金屬，跨越到第二鋁脊60上的氧化物塗覆層65，或類似地合宜的傳導性金屬，由聚醯亞胺或其它適當絕緣材料62的基本層分開，生長碳奈米管63而形成MoC隧道二極體66。碳奈米管63可具有單壁扶手椅對掌性結構，或可具有多壁結構。進一步預期可環繞碳奈米管63生長額外氧化物67，如於圖6B中顯示，用以合宜地錨定天線末端。另外，於碳奈米管63生長期間，鎳珠64可經碳化 及從碳奈米管63耗散，留下碳奈米管底部直接連結到鋁61，如於圖6C中顯示。
於全整流碳奈米管天線之另一實例中，如於圖6D中顯示，碳奈米管63的一端可形成MoC二極體66，而另一端可形成MIIM二極體71。金屬脊60、70可以是相似的或相異的金屬。MIIM可包含鎳珠64、鎳氧化物層68、另一種金屬氧化物層諸如鉑氧化物層69、及一對應金屬諸如鉑70。進一步預期半整流碳奈米管天線，如於圖6E中顯示，可直接連結至一已接地的金屬脊73，及MIIM72可由已接地的金屬脊73上的同型氧化物67及金屬61組成。
現在參考圖7，依據本文揭示之一面向，一天線陣列實例的加註釋的剖面圖。電磁波偏離天線理想頻率之變化愈遠，或電磁波距離天線愈遠，則天線吸收電磁頻率的效率可能顯著降低。此等效應可能顯著地限制了具有不等長度的規則二維天線陣列的功效。為了吸收最適量的可見光及紅外光太陽能，天線的長度須在80奈米至640奈米間改變。於電場方向，電場可施加於含觸媒珠的導體間，奈米管可生長至80奈米至640奈米距離。生長量可與電場強度及觸媒珠之密度相關，其可經選擇而最大化所得天線之效率。太陽能天線陣列的電源脊及接地脊可如下建構：使用具有V字形溝槽的一模具，其已經使用具有1/2微米維度的廉遮罩構成，藉著沈積約270奈米74的觸媒珠及金屬，接著約40奈米的絕緣聚合物75；及可塗覆以氮化矽、碳化矽及/或可能不黏著至所沈積的導體的若干其它材料。結果所得 的電源脊及接地脊可比原先蝕刻的V字形溝槽更淺達約20奈米76，例如，因塗覆及任何選擇性的蝕刻所致。
現在參考圖8，一經部分處理的天線陣列的剖面圖。除了以金屬及若干以鎳珠部分填充的V字形溝槽80之外，較大的襯墊結構81可以金屬填充，及全部金屬可覆蓋以一薄層的反射性高熔點「阻擋」金屬82，諸如鈦或鎢。襯墊可以是一或多微米正方。良好純質聚合物83可經氣相沈積，及以足夠聚合物覆蓋金屬結構來至少覆蓋模具中的凹部。聚合物層的厚度可少於1微米。趁仍在模具上，於部分固化聚合物之後，通孔85可燒穿薄聚合物層向下到「阻擋」金屬82。然後金屬糊膏84諸如鋁銅之一薄膜可經模板印刷至聚合物上及進入通孔85內。膜84可以是數十微米厚。更厚的較低等級聚合物86然後可旋塗至金屬糊膏84上，留下金屬糊膏87的某些部分暴露出。經模板印刷的線及間可以是數十微米寬。此一聚合物背板86可以是一或多密耳(約25微米)厚。於固化金屬糊膏及聚合物之後，帶有金屬脊80及金屬襯墊81的聚合物板83、86可使用半真空、靜電力及/或模具與聚合物結構的未對齊變形的組合配合真空吸盤、夾具或黏著劑的某些組合而自模具88移開。
現在參考圖9，一天線陣列90的實例之一區段的頂視圖。通孔95可對齊而連結電源襯墊91及接地襯墊92，其可比圖式中暗示者遠更遠離，到其上方經模板印刷的厚膜電源線及接地線。電源脊93及接地脊94可從其個別襯墊輻射出。電源脊93及接地脊94可鋸齒形而於全部方向本地 定向碳奈米管天線，其可提高擷取未經偏振光或各種偏振光的效率。
現在參考圖10，在聚合物層間經模板印刷的厚膜層101的頂視圖實例。層101可覆蓋聚合物表面超過90%，且可包含多條電源線102及接地線103，各自具有通孔95到圖9的下方襯墊91及92。由於具有高百分比的覆蓋率故，也可有黏著孔98週期性地置放於脊內部用以輔助將上與下聚合物層黏合在一起。
現在參考圖11，依據本文揭示之一面向，一經遮罩的雷射通孔燒製設備110。單一太陽能電池具有100,000至1,000,000個欲燒製的通孔，各自要求1至50微米X及/或Y精度。又復，以對中雷射在各個襯墊上的速度旋轉或快速加速度一經部分製造的太陽能電池及以定時方式燒製其通孔，可能使得該經部分製造的太陽能電池過早從其模具分離。另外，可能期望移動雷射或射束，而留下模具及經部分製造的太陽能電池為固定。仍然給定如此大量的通孔，個別對準雷射束與燒製各個通孔仍需耗用無法接受的長時間。因此，對齊一通孔遮罩至該經部分製造的太陽能電池，及掃描大型的但充分高能的雷射點跨一經對齊的遮罩用以使用設備110來在該太陽能電池內的各個襯墊上燒製各個個別通孔是有用的。設備可包含移動性雷射或微波激射(maser)111，其可照射在一透鏡112上的一點113。然後透鏡可重新導向該點115至一經對齊的遮罩114的一區域上，使得該點可在該部分製造的太陽能電池117上同時燒製多個 通孔116。雷射111可以足夠燒製由遮罩114界定的每個通孔之速率而跨該遮罩掃描118該點113。進一步預期由雷射或微波激射產生的電磁輻射之頻率可由聚合物優化吸收而快速地燒製通孔。也預期遮罩114可由材料組成，該等材料可優化反射可被用以燒製通孔的電磁輻射之頻率，其可由例如具有充分熱散逸性質的較大型罩蓋119吸收，同時維持遮罩114的溫度穩定。
於另一個實例中，藉由建構襯墊使得來自掃描點的電磁能可足夠燒製在襯墊91及92上方的通孔，如圖9中顯示，但不足以燒製位在它處的聚合物，可免除遮罩114。此點之達成方式可藉集中反射電磁能於襯墊上方，同時將已反射的電磁能分散遠離模具上的其它結構，原因在於比較圖8中顯示的在脊80上的相對彎曲層82，圖8中在襯墊81上的反射層82可能相對平坦。
現在參考圖12，帶有一蓋板的一天線陣列實例的剖面圖。大型電源及接地襯墊121可放置跨該天線陣列120，於其上方可添加聚醯亞胺或黏著劑柱122介於天線陣列120上的電源脊與接地脊123間。此等柱122可支持透明玻璃(或夠透明而允許光通過的其它材料)板124，其可經放置來保護天線陣列。最後，可施用密封材料125以將天線陣列120密封至玻璃板。進一步預期多個天線陣列120可置於單一玻璃板上，而密封材料125係位在至少兩個天線陣列120與玻璃板124間。
於又另一個實施例中，天線陣列可以正向偏置方 式泵送而在碳奈米管天線中感應振盪，因而產生光。現在參考圖13A及圖13B，施加至電源線的脈衝及所得天線振盪的例示性實例。藉由發射高頻脈衝131到太陽能陣列的電源線，個別天線可被脈衝132的前緣刺激，可使得其後共振133歷經某一段時間，藉此發射呈下降強度的廣頻譜光。又復，脈衝持續時間可與振盪的下降速率有關。藉此方式，脈衝的頻率及/或工作週期可被直接轉譯成所產生的光量。
再度參考圖9，依據本文揭示之一面向，一天線陣列的一區段之頂視圖。各個區段可具有一電源襯墊91，其可與其它電源襯墊中斷連結97；及一接地襯墊91，其也可與其它接地襯墊中斷連結96。各個此種區段可形成天線陣列顯示器的像素或子像素。現在參考圖14A，電氣連結到一天線陣列顯示器的一區段141之實例略圖。天線陣列的各個區段141可個別地置放成三種模式中之一者：收集光，產生光，或關閉。當一區段141收集光時可能呈現黑暗或黑色，原因在於光被吸收而產生電力。當一區段141產生光時呈現明亮，而一區段關閉時可呈現光亮或透明。時鐘線143上的正時鐘脈衝可將來自資料線144的電壓位準儲存於其個別電容器147。電容器可啟動N-通道電晶體148及149，其可連結該區段至電源線145及接地線142用以收集光。或者電容器可啟動P-通道電晶體150及N-通道電晶體149，其可連結到接地線142及另一電源線143，可施加正電壓脈衝至其上用以產生光。否則N-通道電晶體149可被關閉，可中斷該區段與產生光或收集光的連結。
於另一個實例中，天線陣列可於暗環境產生光，或於亮環境吸收光。現在參考圖14B，一天線陣列顯示器的一區段之該等連結的實例略圖。於此種情況下，如前文討論，一模式線151可設定成當藉充電電容器147時天線陣列顯示器的全部區段產生光或吸收光。
現在參考圖15A及圖15B，帶有可翻轉蓋的天線陣列顯示器之組態實例。一框架153可固定天線陣列顯示器。於圖15A中顯示的一個組態中，周圍光夠高而使得模式信號可設定為收集光。於此種情況下，天線陣列顯示器的塑膠底座152可在蓋玻璃158下方，及天線陣列顯示器的區段或像素可於收集光時為黑暗，或於關閉時為透明，及蓋154可由可撓性鉸鏈155或若干其它適當附接裝置(例如，允許蓋154旋轉的鉸鏈)摺疊，使得白色或半反射性材料157可面對顯示器而回反射白光通過透明像素。於圖15B顯示的另一個組態中，周圍光可夠低使得模式信號可經設定來產生光。於此種情況下，蓋玻璃158可在塑膠底座152下方，天線陣列的區段或像素當產生光時可為光亮或當關閉時可為透明，及如前記，該蓋可由可撓性鉸鏈155或若干其它適當附接裝置於相反方向摺疊，使得暗色或黑色材料可面對顯示器來確保背景為黑色。進一步預期框架也可固定控制邏輯用以控制像素，基於模式信號而可被逆轉，及一電池其可於光收集模式中充電及於光產生模式中放電。
於本發明之另一個實施例中，彩色顯示器可包含像素，各自含有天線陣列顯示器的至少四個區段，於該處 在各個區段下方的塑膠可以至少四種不同色顏料著色。現在參考圖16，包含一天線陣列彩色顯示器的四個有色區段，分別為紅164、綠161、藍162及黃163的一像素之略圖。如於圖14A及14B中顯示，於該天線陣列彩色顯示器的各個像素中之該等四個有色區段各自可被獨立地控制為關或開，且將如於圖15A及15B中顯示的顯示器，可以產生光或吸收光。當產生光時，該光可藉照射通過塑膠裡的顏料而被著色，原因在於產生光的天線可在塑膠下方。當收集光時，全頻譜光可由暗像素收集，原因在於天線可在有顏料的塑膠上方；及當像素被關閉時，透明區段可將有色光反射偏離塑膠下方的反射材料。
於本文揭示之又另一面向中，不同長度的碳奈米管可生長於不同區段上，使得當產生光時只顯示特定顏色，及當吸收光時只吸收特定顏色。
現在參考圖17，具有不同大小的脊之一天線陣列的剖面圖。預期不同長度的碳奈米管可接續生長橫跨兩個不同大小的脊175、176，使得三個電壓位準可施加到至少兩個電源脊(P1 171及P2 173)及施加到至少兩個接地脊(G1 172及G2 174)，因而可使用下表產生至少三種顏色，例如紅、綠及藍的全部組合：
進一步預期一整個區段可由此等脊175、176的重複圖案組成，及一像素可包含多個獨立控制的區段。
熟諳技藝人士將瞭解本發明並非受限於前文特別顯示及描述者。反而本發明之範圍包括前文描述的各種特徵的組合及次組合，以及熟諳技藝人士當研讀前文詳細說明部分時將顯然自明的且非屬先前技術的修改及變化。
10‧‧‧天線
11、12‧‧‧隧道二極體
13‧‧‧電源線
14‧‧‧接地線

Claims (10)

  1. 一種經組配用以將日光轉換成電力的太陽能天線陣列，其包含：多個均一間隔的傳導性脊，帶有斜坡側邊；具有兩端的具有不等長度及角度的多個碳奈米管天線，其中之一者係耦合至該等脊中之一者，及其中之另一者係耦合至該等脊中之不同一者；及至少一個二極體，其連結於一個別碳奈米管天線之該等兩端中之至少一者與其耦合至的該脊間。
  2. 如請求項1之太陽能天線陣列，其中該等碳奈米管天線係連結於兩個相鄰電氣分開的脊之相鄰的斜坡側邊上的位置。
  3. 如請求項2之太陽能天線陣列，其中二極體係連結於一個別碳奈米管天線之兩端與該等個別相鄰脊間。
  4. 如請求項3之太陽能天線陣列，其中一個別碳奈米管天線係連結到一金屬氧化物碳(MOC)隧道二極體及一金屬絕緣體絕緣體金屬(MIIM)隧道二極體。
  5. 如請求項4之太陽能天線陣列，其中該MIIM隧道二極體及該MOC二極體係連結到電氣分開的脊。
  6. 如請求項2之太陽能天線陣列，其中一個別碳奈米管天線的一端係傳導地連結到一第一脊。
  7. 如請求項6之太陽能天線陣列，其中該至少一個二極體係連結於該個別碳奈米管天線的一端與一第二脊間，與 該第一脊電氣分開且相鄰。
  8. 如請求項7之太陽能天線陣列，其中該至少一個二極體為一金屬絕緣體絕緣體金屬(MIIM)隧道二極體。
  9. 如請求項8之太陽能天線陣列，其中該至少一個二極體為一金屬氧化物碳(MOC)隧道二極體。
  10. 如請求項1之太陽能天線陣列，其進一步包含：一絕緣底座；於該絕緣底座頂上的多個襯墊，各自連結至多個該等脊；於該絕緣底座內部的多個導電線路；及多個傳導性通孔經組配用以連結各線路至多個襯墊；其中各個脊連結到一個襯墊，各個襯墊經由一個通孔連結到一個線路，及相鄰脊為電氣分開。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114586182B (zh) * 2019-10-31 2024-04-19 松下知识产权经营株式会社 光电转换元件、电子设备及发光装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6837928B1 (en) * 2001-08-30 2005-01-04 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Electric field orientation of carbon nanotubes
AU2002359749A1 (en) * 2001-12-18 2003-06-30 Vanderbilt University Methods of direct growth of carbon nanotubes on catalytic surfaces
US20070240757A1 (en) * 2004-10-15 2007-10-18 The Trustees Of Boston College Solar cells using arrays of optical rectennas
US20060207647A1 (en) * 2005-03-16 2006-09-21 General Electric Company High efficiency inorganic nanorod-enhanced photovoltaic devices
CN100530744C (zh) * 2006-07-06 2009-08-19 西安交通大学 一种有机太阳电池的结构及其该结构制备的有机太阳电池
US20120206085A1 (en) * 2007-04-11 2012-08-16 Carbon Design Innovations, Inc. Carbon nanotube solar power collection device
WO2010010562A2 (en) * 2008-07-25 2010-01-28 Ramot At Tel Aviv University Ltd. Rectifying antenna device
KR101595755B1 (ko) * 2008-10-03 2016-02-19 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치
JP4845988B2 (ja) * 2009-03-30 2011-12-28 株式会社豊田中央研究所 アンテナ装置
KR20130129886A (ko) * 2010-06-08 2013-11-29 퍼시픽 인테그레이티드 에너지, 인크. 강화된 필드들 및 전자 방출을 갖는 광학 안테나들
US20120186635A1 (en) * 2011-01-26 2012-07-26 Eastman Craig D High efficiency electromagnetic radiation collection method and device
US9960480B2 (en) * 2012-04-24 2018-05-01 Novasolix, Inc. Solar antenna array and its fabrication
FR2996681B1 (fr) * 2012-10-05 2014-11-28 Ecole Polytech Dispositif electronique comprenant des nanostructures en filaments et procede de fabrication de tels dispositifs
US10541363B2 (en) * 2012-10-19 2020-01-21 Georgia Tech Research Corporation Multilayer coatings formed on aligned arrays of carbon nanotubes

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