具有光膜的太陽能電池板的製作方法

2023-04-24 17:43:41

專利名稱：具有光膜的太陽能電池板的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及太陽能電池領域和利用太陽能電池的電子設備， 更特別地涉及太陽能電池板和例如為無線通信設備和蜂窩電話的電子 設備使用的光膜。
背景技術：
例如包括蜂窩電話、可攜式雙向無線電臺、無線通信器以及類似 設備的無線通信設備的電子設備正在被大量用戶使用，進行廣泛多樣 的應用。隨著新的特徵和功能需求的增長，對於能量源的功耗需求持 續增長，能量源典型地為可再充電電池，在例如蜂窩電話的許多便攜 式無線通信設備中出現。電池壽命對於可攜式電子設備的用戶來說是 非常重要的，包括無線通信設備的用戶。短的電池壽命對於例如為無 線通信設備的產品的商業生存是有害的。不幸地，能源技術上的進步 不能與無線通信設備上持續消耗能源的附加新特徵保持同步發展。這 是現在的問題。
太陽能電池或有時稱為太陽能電池板，代表了一些電子設備的補 充的或可替代的能源。例如為可攜式計算器的一些設備具有足夠大的 有效表面積和足夠低的能源需求，其中有些電子設備可以完全由一個 或多個太陽能電池供電。不幸地，許多電子設備，包括例如行動電話 和其它無線通信設備都具有高的能源需求和用於在設備外表面上設置 太陽能電池的常常受限的有效表面積。所以，對於這樣的設備，太陽 能電池還沒被當作滿意的補充或替代能源。
由於在例如無線通信設備的可攜式電子設備的改進的能源性能上 有持續的需求，以及由於太陽能電池的解決方案有前景的，太陽能電池板技術的問題之一就是它糟糕的外觀，表面上大部分很暗，但電極 閃亮。這就在太陽能電池板和宿主電子設備的外部之間的可見外觀上 產生很大的不匹配。這個問題對消費品尤其嚴重，用戶與同產品美學 並尤其產品的外部裝飾外觀有關的高附加值緊密相聯。
因此存在克服上面所討論的現有技術的問題的需求。

發明內容
根據本發明的實施例，太陽能電池板安裝排列、和電子設備、和 無線設備，包括太陽能電池板；和波長可選擇反射光膜，其設置在該 光膜的太陽能電池板前面，以充分地反射入射在該光膜前表面上的預 選擇頻帶的太陽光照射頻率，同時允許預選擇頻帶之外的太陽光照射 頻率充分地通過光膜並照射太陽能電池板。充分反射的預選擇頻帶的 太陽光照射頻率可以在可見光的範圍內。
光膜可包括圖標圖案、公司標識、和照片中的至少一個，其從光 膜前面是可見的。該光膜可以是全息膜類型。
當允許外殼外部的太陽光照射充分地輻射太陽能電池板時，太陽 能電池板可位於設備外殼的內部或外部。在太陽能電池板位於外殼內 部的實例中，至少一部分外殼對太陽光照射基本上是光學透明的。


伴隨的附圖，在所有獨立視圖中相同的參考數字指示相同的或功 能上類似的元件，並且其和下面的具體描述一起被加入並形成到說明 書的部分，用於進一步的說明不同的實施例和解釋根據本發明的不同 原理和所有優點。
圖1是在電子設備的電池門外表面上具有太陽能電池板的示範性 電子設備的平面圖。圖2是根據本發明實施例的具有適用於電子設備的光膜標籤的太 陽能電池板的平面圖，其中電子設備例如是圖1中的示範性電子設備。
圖3是顯示輻照度對太陽光譜的波長、光膜的示範性反射曲線、 和示範性標準化太陽能電池響應的圖表。
圖4顯示根據本發明實施例的示範性電子設備的框圖。
圖5是根據本發明實施例的示範性電子設備的前視圖。
圖6是根據本發明第一示範性實施例的電子設備外殼的側截面
圖，太陽能電池板和光膜設置在外殼外表面上。
圖7是根據本發明第二示範性實施例的電子設備外殼的側截面
圖，太陽能電池板和光膜設置在外殼內表面上。
圖8是去除前側外殼的示範性無線設備外殼的前透視圖，顯示設 置在外殼的不同表面上的太陽能電池板陣列，根據本發明的示範性實 施例。
具體實施例方式
作為需要，在此公開本發明的具體實施例；然而，應該理解公開 的實施例僅僅是發明的示例，其可以用不同形式體現。因此，這裡公 開的具體結構和功能細節不作為限制解釋，而僅僅作為權利要求的基
礎和作為用於教導本領域技術人員不同的使用本發明事實上任何適當 的具體結構的典型基礎。此外，這裡使用的術語和短語不是進行限制； 而是提供發明的可理解的描述。
這裡使用的術語"一"定義為一個或多於一個。這裡使用的術語 多個定義為兩個或多於兩個。這裡使用的術語另一個定義為至少第二 個或更多。這裡使用的術語包括和/或具有定義為包含(即開放式語 言)。這裡使用的耦合定義為連接，而不必直接地連接也不必機械地連接。
根據一實施例的本發明通過提供一種新的和新穎的太陽能電池板 排列克服了現有技術的問題，其包括波長可選擇反射光膜、波長可選擇反射全息膜、或類似反射結構，它們設置在太陽能電池板的前面， 在最低限度降低太陽能電池板的太陽能轉換效率時，明顯地增強太陽 能電池板的美學外觀。該新的和新穎的太陽能電池板排列可以設置在 電子設備外殼的不同表面上，包括外殼的外表面和/或內表面。
圖1顯示設置在示範性電子設備外表面的太陽能電池板104，例 如無線設備或所示的蜂窩電話100。在本例中，在蜂窩電話100的電池
門表面102上設置太陽能電池板104。本例中的太陽能電池板104是基 於單晶矽的太陽能電池板。可以看出，由於具有明亮金屬電極的可見 的大黑色面板，太陽能電池板104在美學角度上沒有吸引力。
如圖2中所示，太陽能電池板204，代表圖1中所示的太陽能電 池板104，可以設置在波長可選擇反射光膜或全息膜或類似物的後面， 這裡通常稱為光膜202。也注意到，根據替代實施例，光膜202可包括 多層膜。在本例中，膜202反射被蜂窩電話100用戶可見的窄的預選 擇頻帶頻率的光，同時膜202允許處於預選擇頻帶之外的太陽光照射 的大部分波長(不是反射波長)通過膜202併到達該太陽能電池板204。 這樣，太陽能電池板204對於設備100的用戶明顯地獲得增強的美學 外觀，同時很低程度地對太陽能電池板204造成影響。為了最大化這 種組合的能量採集，應該將膜202的選擇反射頻帶波長調整為遠離太 陽能電池板204的吸收頻帶峰值。同時，應該調整光膜的選擇反射頻 帶的波長，使其對人眼最大化它的視覺效果。此外，可以在光膜中嵌 入例如公司標識(見圖2中所示的示例膜202)或圖片的圖標圖案，以 產生更加理想的視覺效應或宣傳價值。
被用於本發明替代實施例的商品級全息膜由多家製造商製造和在 商業上可獲得，例如Dupont和DaiNippon。針對各種應用以不同品牌 出售全息膜產品。此外，可以通過相關領域普通技術人員眾所周知的 記錄和再現方法和機制進行光膜波長的調整以增強視覺質量。此外， 適合的由塑料或聚合物材料構成的多層膜由3M公司製造，並且在商業上從3M公司獲得。適合於本發明中不同的替代應用的其它類型窄頻帶 光膜由不同的製造商製造，和在商業上從不同的製造商獲得，根據本 發明的論述本領域技術人員對此是顯而易見的。例如，膽甾型液晶膜
可從Dai Nippon或從Merck獲得。
圖3顯示太陽光譜302的輻照度、典型的光膜304的反射頻帶、 和標準化太陽能電池響應306之間關係的圖表，注意到光膜反射304 是窄頻帶，該窄頻帶在一實施例中通過設計為遠離太陽能電池響應306 的峰值區而被預選擇。這樣，當用戶視覺上看見提供的在美學角度上 令用戶愉悅的外觀的反射光時，該太陽能電池響應306，如果有的話， 也是最小地被示例光膜202 (見圖2)降低。通過加入這類光膜202和 太陽能電池板204排列，電子設備100可以在視覺質量總體上獲得顯 著地改善，同時維持太陽能電池板204的滿意的能量聚集特徵。
在一實施例中，調整光膜202的反射頻帶304的波長，以最大化 它的對於人眼的視覺質量。可以在光膜202中嵌入例如公司標識或圖 片的圖標圖案，以產生更加理想的視覺效應或宣傳價值。 一層這樣的 光膜202包括全息膜，可以將該全息膜製成為反射不同顏色的環境光， 同時透射環境光的互補波長部分。注意到，根據替代實施例，光膜202 可以包括多層膜，而不脫離本發明的教導。
可以在電子設備外殼的任何表面上，包括外殼外部和內部表面的 任何組合，設置可見波長可選擇反射光膜202和下面的太陽能電池板 204的組合，這將在下面進行更具體的論述。在一實施例中，光膜可以 經由光學上透明的粘合劑，或通過允許太陽光照射充分透射到太陽能 電池板的其它方法，附著到該太陽能電池板上。為了最大化這種組合 的能量聚集，應該將膜202的選擇反射頻帶波長304調整為遠離太陽 能電池板204的吸收頻帶306的峰值區。同時，應該調整光膜202的 反射頻帶304的波長，以對人眼最大化它的視覺質量。此外，可以在 光膜中嵌入例如公司標識或圖片的圖標圖案，以產生特定的視覺效應。可以選擇光膜202的視覺設計和外觀用於宣傳目的。例如，市場信息、 定製圖像、或其它為特殊用戶或特殊市場環節特製的視覺要素的組合，
可以在光膜202的可見外觀中組合。這種設置在太陽能電池板前面的
新的和新穎的光膜排列利用外部可見表面區域，既為了美學角度上令 人愉悅的外觀也為了宣傳。否則，該可見表面區域將被放置在電子設 備外表面上的傳統太陽能電池板浪費。
使用由Motorola,Inc製造的示範性iDEN行動電話進行測試。商業 商獲得的太陽能排線(solar flex)，當作lowa薄膜MPT3.6-37 1.5"X 2.5"太陽能排線，被安裝在iDEN蜂窩電話的電池門上。測試人員在 測試人員的皮帶上攜帶這個蜂窩電話，因為它通常將在典型的戶外環 境中。太陽能排線在7小時的時間中產生平均66mW (18mA/3.6volt) 或454mWHr。這個性能級別提供大量的能量來提高蜂窩電話的電池性 能。相同的太陽能排線接著與安置在該太陽能排線前面的全息膜組合。 用於測試的全息膜是綠色的。當太陽能排線被全息膜全部覆蓋時，同 沒有增加全息膜的太陽能排線相比較，功率測量產生超過80%的能量 集合(即不到20%的能量減小)。蜂窩電話的外觀也顯著地增強，尤 其是具有圖標圖案的全息膜對於用戶可見，而不是黑色中帶有太陽能 排線的銀色金屬電極。
此外，上面所述的圖標光膜方法可設計為僅覆蓋全部太陽能排線 的一小部分，同時保持增強的蜂窩電話視覺質量。例如，見圖2顯示 了覆蓋小於太陽能電池板204的整個表面的光膜202。在這一實例中， 期望由於光膜導致的太陽能電池板的性能下降僅佔功率損耗很少的百 分比。這種方法為電子設備提供顯著增強的商業價值，這對消費市場 尤其有價值。
根據本發明一實施例，如圖4中所示，顯示示範性無線設備400。 在本例中，無線設備400可以工作在使用標準通信協議的無線網絡中， 例如碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA)、全球移動通信系統(GSM)、通用分組無線業務(GPRS)、頻分多址(FDMA)等協議。 另外，無線設備400可以使用文本信息標準通信，例如，短消息業務
(SMS)、加強消息業務(EMS)、多媒體消息業務(MMS)或類似 標準。在本例中，無線設備400包括在通信協議下通過信道可以接收 和發送射頻信號的雙向無線電臺，例如CDMA、FDMA、TDMA、GPRS、 GSM或類似協議。
無線設備400在設備控制器/處理器408的控制下工作，它在接收 和發射模式之間切換該無線設備400。在接收模式中，設備控制器408 電耦合天線414到RF接口 412中的接收器。該接收器解碼接收的信號 並提供這些解碼的信號到該設備控制器408。在發射模式中，設備控制 器408電耦合天線414到RF接口 412中的發射器。設備控制器408根 據儲存在存儲器410中的指令操控RF接口 412中的發射器和接收器。 此外，存儲器410儲存來自接收消息的數據，用於向無線設備400的 用戶再現消息。
無線設備400還包括音頻輸入/輸出接口 420，它接收解碼音頻輸 出信號，例如來自RF接口 412中的接收器。音頻輸入/輸出接口 420 發送接收的解碼音頻信號到音頻輸出調節電路，該電路完成不同的調 節功能，例如降低噪聲和放大信號。揚聲器(未示出)接收調節音頻 信號和允許音頻輸出信號被用戶聽到。無線設備400還包括額外的用 戶輸出接口，例如，頭掛聽筒插孔(未示出)或免提揚聲器(未示出) 或可聽顯示器(未示出)。
無線設備400也包括用於允許用戶輸入音頻信號到該無線設備 400的麥克風。聲波被該麥克風接收並轉換成電音頻信號。音頻輸入調 節電路接收該音頻信號並對該音頻信號完成不同的調節功能，例如， 噪聲降低。音頻IO接口 420中的音頻輸入控制器接收該調節音頻信號 並發送該信號到該設備控制器408。設備控制器408接著分配該音頻信 號到目的地，例如RF接口 412中的發射機，例如用於發射到無線網絡，或例如在存儲器410中儲存該音頻信號。
無線設備400也包括用戶輸入接口 416，它包括鍵盤(未示出)，
和其它的例如按鈕和開關的用戶輸入設備，用於允許用戶輸入用戶輸
入信息到該無線設備400。無線設備400還包括用於允許用戶捕獲靜止 圖像和視頻圖像到存儲器410的攝像頭(未示出)。此外，無線設備 400包括額外的用戶輸入接口，例如，觸控螢幕技術(未示出)、操縱杆 (未示出)或滾輪(未示出)。
用戶輸出接口包括用於向用戶顯示信息的顯示器(未示出)。該 用戶輸出接口也包括在該顯示器(未示出)上的視覺指示器(未示出)， 例如LED、燈或其它視覺指示。
電子設備400也包括電源406，例如可再充電電池。功率調節電 路404接口和調節來自一個或多個太陽能電池板的功率信號，這些太 陽能電池板在本例中安排為太陽能電池板排列402。調節功率信號被功 率調節電路404耦合到電源406。該一個或多個太陽能電池板402可共 同地為再充電電池提供大的功率，以增強電源406總的電池壽命。
如圖5中所示，示範性無線設備500包括外殼502，它容納設備 500的電子電路和元件。該外殼502支撐兩個示範性太陽能電池板排列 504、 506。這兩個太陽能電池板排列504、 506中的每一個，包括設置 在太陽能電池板前面的波長可選擇反射光膜。如圖5中所示，在設備 500的外殼502上有明顯的暴露表面區，其可以通過太陽能電池板用於 捕取太陽能。典型地對外部光暴露的任何表面區可用於增強電子設備 500的功率捕獲。
如上面參考圖4所述的，在設備500中有不同的用戶接口，它們 使用外殼502的外部表面區。例如，如圖5中所示，具有天線510、聽 筒(揚聲器)512、話筒(麥克風)514、鍵盤520、按鈕522以及顯示器524。其它的接口也可以使用在該外殼502的外表面區上，例如計算
機連接接口、外部充電和電源適配器接口等，根據本發明這對於本領 域普通技術人員是顯而易見的。利用本發明實施例的太陽能電池板技
術可以暴露任何這些接口上並且/或者緊鄰這些接口，以及在該設備500 的大的暴露表面區上。
如圖6中所示，電子設備的外殼602包括經由粘合劑604附著到 外殼602的外部表面區的太陽能電池板606。太陽能電池板606示為具 有由符號Dl表示的長度612。波長可選擇光膜610經由光學透明的粘 合劑608附著到該太陽能電池板606的外部表面區。膜610具有由符 號D2表示的長度614。如圖6中所示，D2小於D1。就是說，膜606 僅覆蓋該太陽能電池板606的外部表面區的一部分。照射620因此可 直接到達該太陽能電池板606。同樣，照射622、 624可傳播到該膜610 的外部表面，使得大部分照射622到達該太陽能電池板606並且照射 624的一小部分被作為可見光反射，以供電子設備的用戶觀看。注意到 可以通過設計調整該膜610的大小，以覆蓋太陽能電池板606的任何 部分，包括100%覆蓋電池板606。另外，膜610對該太陽能電池板606 的外部表面提供額外的保護。例如，該膜有助於保護電池板606的外 部表面不受損害。
圖7顯示替代的示範性排列，其中電子設備的外殼702可包括太 陽能電池板712和波長可選擇反射光膜706，該波長可選擇反射光膜 706經由光學透明的粘合劑704、 710附著到外殼702的內部表面區。 外殼712，至少在覆蓋該太陽能電池板712的通常區域中，基本上由光 學透明(或至少光學上非遮光的)的材料構成，其允許太陽光照射通 過外殼702充分地傳送到該太陽能電池板712。該太陽能電池板712經 由光學透明的粘合劑708附著到波長可選擇反射光膜706的後表面。 顯示太陽能電池板606具有由符號Dl表示的長度714。膜706具有由 符號D2表示的長度716。如圖7中所示，D2小於D1。就是說，膜706 僅覆蓋該太陽能電池板712的表面區的一部分。當然，可以通過設計來調整膜706的尺寸，以覆蓋該太陽能電池板712的任何部分，包括 100%覆蓋電池板712。太陽能電池板位於外殼內部的顯著優點是增強 提供給該太陽能電池板的保護。可以根據需要適當地使外殼的外部表 面平滑和/或生成紋理，以針對應用的特定需求提供定製的形式和功能， 同時根據本發明利用外殼的最大表面區域來進行太陽能的獲取。
由於圖6和7中所示的上述例子表明膜經由光學上透明的粘合劑 附著到太陽能電池板，但是本領域技術人員顯而易見，該光膜僅需要 設置在太陽能電池板的前面。例如，膜可以附著到外殼的外部表面， 而太陽能電池板附著到外殼的內部表面。作為第二個替代例子，太陽 能電池板可以設置在電子設備裡面的內部結構，例如在印刷電路板上， 並且通常在太陽能電池板的前面設置該波長可選擇反射光膜，例如通 過附著到電池板的前表面或替代地附著到外殼的外部或內部表面。作 為第三個例子，波長可選擇反射光膜與外殼材料結合在一起，從而將 太陽能電池板設置在外殼的內部和/或內表面上，並且該波長可選擇反 射光膜可集成外殼材料的裡面和/或其一部分。外殼、膜和太陽能電池 板的其他替代排列根據本發明對於本領於普通技術人員是顯而易見 的。
圖8顯示一示範性無線設備800，其外殼802支撐設置在該外殼 802的不同表面上的太陽能電池板陣列。在本發明中為了說明而去除了 設備800的前面。本例中的太陽能電池板被示為附著到外殼802的內 部表面804。通過設計來將外殼材料選擇為對於太陽光照射820充分透 明，以與太陽能電池板806、 808、 810、 812、 814、 816、 818的響應 一致。太陽能電池板806、 808、 810、 812、 814、 816、 818單獨地被 波長可選擇反射光膜覆蓋，其視覺上對設備800的用戶具有吸引力和/ 或傳遞宣傳信息。正如所示，在設備800的外殼802不同側壁的內部 表面804上設置不同的太陽能電池板806、 808、 810、 812、 814、 816、 818。同樣，在外殼裡面安裝支撐用於無線設備800的電路和電池832 的印刷電路板(電路支撐襯底)828。板828支撐電池832和電源調節電路830，該電源調節電路830將從太陽能電池板陣列806、 808、 810、 812、 814、 816、 818聚集的電能耦合到電子設備800的工作電路。如 上述論述，無線設備包括，例如，控制器/處理器840、存儲器842、和 用戶輸入和輸出接口電路844。板828也包括RF接口 846，其經由連 接器848通過同軸電纜與天線850耦合。通過使用大的太陽能電池板 陣列806、 808、 810、 812、 814、 816、 818，無線設備800在必要時可 為再充電電池聚集相當多的太陽能。這將明顯地延長電池的電池壽命， 由此增強例如為圖8中所示無線設備800的電子設備的商業競爭力。
儘管已經公開本發明的具體實施例，但是本領域的普通技術人員 會理解，不脫離本發明的精神和範圍該具體實施例可以進行變化。本 發明的範圍不受具體實施例的約束，因此，目的在於所附權利要求覆 蓋本發明範圍內的任何和所有這種應用、修改和實施。
權利要求
1. 一種電子設備，包括電源；電路，與該電源電耦合；太陽能電池板，與該電源電耦合；以及波長可選擇反射光膜，被設置在該光膜的太陽能電池板前面，以在該光膜的前表面上在可見光範圍內充分地反射預選擇頻帶的太陽光照射頻率，同時允許預選擇頻帶之外的太陽光照射頻率充分地通過該光膜並照射該太陽能電池板。
2. 根據權利要求1的所述電子設備，進一步包括 容納該電路的外殼，並且其中該太陽能電池板與該外殼機械地耦合併被設置得允許該外殼外面的太陽光照射充分地照射該太陽能電池 板。
3. 根據權利要求2的所述電子設備，其中該太陽能電池板安裝在 該外殼裡面，至少一部分外殼對太陽光照射基本上光學透明，由此允 許該預選擇頻帶之外的太陽光照射頻率充分地通過該光膜和對太陽光 照射基本上是光學透明的該至少一部分外殼，並且照射該太陽能電池 板。
4. 根據權利要求1的所述電子設備，其中該光膜經由光學上透明 的粘合劑附著到該外殼的表面，並且該外殼的至少一部分對太陽光照 射基本上光學透明，由此允許該預選擇頻帶之外的太陽光照射頻率充 分地通過該光膜、該粘合劑和對太陽光照射基本上是光學透明的該至 少一部分外殼，並照射該太陽能電池板。
5. 根據權利要求1的所述電子設備，其中該光膜包括圖標圖案、 公司標識和圖片中的至少一個。
6. 根據權利要求1的所述電子設備，其中該光膜對於該太陽光照 射覆蓋少於太陽能電池板的整個前表面。
7. 根據權利要求1的所述電子設備，其中該光膜包括全息膜。
8. 根據權利要求1的所述電子設備，其中該光膜包括多層膜。
全文摘要
一種太陽能電池板安裝排列、和電子設備、和無線設備，包括太陽能電池板(204)；和設置在光膜的太陽能電池板前面的波長可選擇反射光膜(202)，以充分地反射可見光範圍內預選擇頻帶的太陽光照射頻率(302)，同時允許預選擇頻帶之外的太陽光照射頻率(304)充分地通過光膜(202)並照射太陽能電池板(204)。光膜可包括圖標圖案、公司標識和圖片中的至少一個，它們從光膜(202)的前面是可見的。該光膜(202)可包括全息膜。該光膜可包括多層膜。
文檔編號H01L25/00GK101438407SQ200580044047
公開日2009年5月20日 申請日期2005年11月23日 優先權日2004年12月22日
發明者丹尼斯·G·安森, 李自力 申請人:摩託羅拉公司