專利名稱：集成光伏電池和射頻天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子器件。更具體地，本發(fā)明涉及用于將光子能量轉(zhuǎn)換到DC電能并且輻射和/或接收電磁波的集成光伏(PV)電池和射頻(RF)天線組件。
背景技術(shù)：
自主無線收發(fā)器需要收集光能或太陽能，并且自主無線收發(fā)器尺寸小巧、成本低、重量輕并且可以是移動(dòng)的。此外，便攜式、可佩帶式或其他無線裝置可以具有非線性形狀并 可以是柔性的。通常使用金屬化表面或金屬化帶狀線將導(dǎo)線以外的天線制造在剛性或柔性印刷電路板或材料上。天線是需要與RF前端電路相連接的不同電子元件。一些無線系統(tǒng)使用智能天線技術(shù)，諸如MMO (多輸入多輸出)，其中通過使用兩個(gè)以上天線用于更高頻譜利用率和鏈路可靠性來實(shí)現(xiàn)天線分集，這增加了成本和尺寸。軟件定義的無線電(SDR)和超寬帶(UWB)收發(fā)器使用要求大帶寬天線的寬頻帶寬。其他收發(fā)器將多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組合到一個(gè)器件中，例如，歐洲的 I. 5GHz 的 GPS,900MHz 和 I. 8GHz 的 GSM,2IOOMHz 的 UMTS 以及 2600MHz 帶的 LTE。為了實(shí)現(xiàn)更高的天線增益和方向性，天線陣列還使用多個(gè)天線元件。天線陣列通常用于空中和地面通信。如今，無線系統(tǒng)的天線和封裝已經(jīng)成為系統(tǒng)的瓶頸，原因在于其增加到無線模塊的成本的三分之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子集成電路的成本。需要高效節(jié)能設(shè)計(jì)，來通過將所有電子器件集成在一起并且使元件數(shù)量最小化來使d. c. (DC)功耗最小化，導(dǎo)致產(chǎn)生智能系統(tǒng)集成，諸如系統(tǒng)級(jí)封裝、系統(tǒng)上芯片、系統(tǒng)上封裝、芯片上實(shí)驗(yàn)室。如今，天線元件或者作為單獨(dú)器件或者作為電路板的一部分(其中，其與其他電子器件在電路板上相連接或者在密封的電子器件的殼體中)在售賣。已經(jīng)初步研究了吸收光能量并且輻射和/或接收電磁波的光伏電池的雙重功能來用于衛(wèi)星和地面通信應(yīng)用。遺憾的是，現(xiàn)有技術(shù)的光伏電池，或“太陽能天線”，以及現(xiàn)有的射頻天線解決方案沒有提供諸如自主無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功率收發(fā)器系統(tǒng)所需的靈活性和緊湊性，這是一個(gè)缺點(diǎn)。另外，這些現(xiàn)有技術(shù)的光伏電池和射頻天線不容易與其他電子器件集成，因此體積大。為了將光伏電池和射頻天線組合到單個(gè)裝置中，M. Tanaka、Y. Suzuki、K. Araki和R. Suzuki已經(jīng)進(jìn)行了研究實(shí)驗(yàn)，并且已經(jīng)公開在“Microstrip antenna with solar cellsfor microsatellites，，，Electronic Letters, vol. 31, no. I, pp. 5-6, 1995 年 6 月 5 日。遺憾的是，所披露的現(xiàn)有技術(shù)光伏電池和射頻天線主要是針對(duì)限制在窄帶頻率操作的衛(wèi)星和地面應(yīng)用，這是一個(gè)缺點(diǎn)。
在Bendel等的美國專利第6，395，971號(hào)中已經(jīng)公開了普通的貼片天線元件。這些元件經(jīng)由屏蔽電纜與諸如RF收發(fā)器的其他電子器件相連接，這種實(shí)施方式的一個(gè)示例已經(jīng)被Kiefer的美國專利第6，590，150號(hào)中披露。遺憾的是，在這種實(shí)施方式中，增加了發(fā)射或接收的信號(hào)的功率損失，這降低了無線系統(tǒng)的能源效率，這還存在缺點(diǎn)。先前公開的資料已經(jīng)表現(xiàn)出許多缺點(diǎn)，使得它們對(duì)于緊湊型自主無線智能集成系統(tǒng)而目是麻煩的。此外，在天線是貼片天線的情況下，需要RF地平面。RF地平面位于絕緣材料基板上，光伏電池和射頻天線的下面。貼片天線不可以用于超帶寬(>20%或>500MHz )頻率帶寬。由于光伏電池的前觸點(diǎn)位于用于提供電勢(shì)的上表面上，因此，需要到基板的上下互連。需要一種將克服至少一個(gè)上述缺點(diǎn)的組件。
通過閱讀本發(fā)明以下的公開、附圖以及說明書，本發(fā)明的特征將變得顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實(shí)施方式，提供了一種集成光伏電池和射頻(RF)天線組件，該組件包括光伏電池和至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分，至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的每個(gè)都固定在光伏電池的下面，其中，至少兩個(gè)水平部分中的兩個(gè)用于提供電勢(shì)差，并且使用光伏電池和至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的至少一個(gè)水平部分來提供RF天線。根據(jù)實(shí)施方式，使用選自由半導(dǎo)體材料、薄膜材料、無機(jī)材料、納米材料、有機(jī)材料和染料敏化型材料組成的組中的材料來制造光伏電池。在另一實(shí)施方式中，光伏電池包括頂層；固定在頂層下面的透明導(dǎo)電膜層；固定在透明導(dǎo)電膜層的至少一部分下面的第一電極層；固定在第一電極層下面的第二電極層；并且，至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的第一導(dǎo)電材料水平部分固定在透明導(dǎo)電膜層下面，并且至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的第二導(dǎo)電材料水平部分固定在光伏電池的第二電極層的下面。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，第一電極層包括P-層
，其中，第二電極層包括η-層<η>,進(jìn)一步包括固定在ρ-層
下面的本征<i>材料層，其中，η-層<η>固定在本征<i>材料層下面。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，第一電極層包括η-層<n>，其中，第二電極層包括P-層〈P〉，進(jìn)一步包括固定在η-層<η>下面的本征<i>材料層，其中，P-層〈P〉固定在本征<i>材料層下面。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，第一導(dǎo)電材料水平部分和第二導(dǎo)電材料水平部分是液體和微流體中的一個(gè)。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，第一導(dǎo)電材料水平部分和第二導(dǎo)電材料水平部分包括透明導(dǎo)電膜層。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，低通濾波器可操作地連接至至少兩個(gè)水平部分中的兩個(gè)，以對(duì)至少兩個(gè)水平部分中的兩個(gè)進(jìn)行RF去耦。在另一實(shí)施方式中，光伏電池包括縫隙以及位于至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分和光伏電池之間的微帶線和帶線中的一個(gè)。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，額外導(dǎo)電材料可操作地連接至至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中所選擇的導(dǎo)電材料水平部分。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，額外導(dǎo)電材料設(shè)置為鄰近至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的所選擇的導(dǎo)電材料水平部分。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，額外導(dǎo)電材料設(shè)置為部分位于至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的所選擇的導(dǎo)電材料水平部分的下面。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，集成光伏電池和RF天線組件包括多個(gè)光伏電池。在另一實(shí)施方式中，集成光伏電池和RF天線組件具有三維(3D)形狀。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，三維(3D)形狀利于移動(dòng)光能 位置。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，光伏電池和RF天線中的至少一個(gè)是可拉伸的。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，光伏電池和RF天線中的至少一個(gè)是柔性的。在另一實(shí)施方式中，提供了一種包括多個(gè)集成光伏電池和RF天線組件的集成光伏電池和RF天線組件。在另一實(shí)施方式中，公開了一種集成光伏電池和線圈耦合貼片天線，該集成光伏電池和線圈耦合貼片天線包括集成光伏電池和RF天線組件、縫隙光伏電池RF地平面；縫隙光伏電池RF地平面和集成光伏電池和RF天線組件通過絕緣材料和空氣中的一個(gè)隔開。在另一實(shí)施方式中，集成光伏電池和RF天線組件進(jìn)一步包括位于集成光伏電池和RF天線組件下面的反射器。在另一實(shí)施方式中，公開了一種集成光伏電池和單極天線，該集成光伏電池和單極天線包括集成光伏電池和RF天線組件；具有開口的光伏電池RF地平面；柱(？08丨)式連接件，插入在光伏電池RF地平面的開口中，并可操作地連接至集成光伏電池和RF天線組件，該柱式連接件用于提供RF激勵(lì)和接收中的至少一個(gè)。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，RF天線被RF差分驅(qū)動(dòng)。在另一實(shí)施方式中，公開了一種平面單極集成光伏電池和RF天線組件，該平面單極集成光伏電池和RF天線組件包括支撐非導(dǎo)電材料；設(shè)置在支撐非導(dǎo)電材料上的集成光伏電池和RF天線組件；導(dǎo)線，用于為集成光伏電池和RF天線組件提供RF信號(hào)激勵(lì)或接收；其中，光伏電池和RF天線地與導(dǎo)線隔開確定的間隔。在平面單極集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，使用共面波導(dǎo)(CPW)和接地共面波導(dǎo)饋線中的一個(gè)。在平面單極集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，導(dǎo)線包括微帶線饋線，位于與集成光伏電池和RF天線組件相同的平面和支撐非導(dǎo)電材料的部分導(dǎo)電的背面的至少一個(gè)上。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，提供了縫隙偶極天線。在另一實(shí)施方式中，提供了一種反轉(zhuǎn)F天線(IFA)，反轉(zhuǎn)F天線包括集成光伏電池和RF天線組件，RF天線在一個(gè)點(diǎn)被RF激勵(lì)，并且RF地連接在另一點(diǎn)。在另一實(shí)施方式中，提供了一種平面反轉(zhuǎn)F天線(PIFA)，該平面反轉(zhuǎn)F天線包括集成光伏電池和RF天線組件，并且RF天線在一個(gè)點(diǎn)被RF激勵(lì)，并且RF地連接在另一點(diǎn)。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，集成光伏電池和RF天線組件具有單個(gè)極化和多個(gè)極化中的一個(gè)。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，光伏電池和RF天線組件具有選自由水平極化和垂直極化組成的組中的一個(gè)極化。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，集成光伏電池和RF天線組件進(jìn)一步包括用于存儲(chǔ)能量的能量存儲(chǔ)裝置。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，能量存儲(chǔ)裝置與電子裝置相連接。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，能量存儲(chǔ)裝置進(jìn)一步用作RF反射器。
在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，集成光伏電池和RF天線組件嵌入在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)和納米電子機(jī)械系統(tǒng)(NEMS)中的一個(gè)中。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，集成光伏電池和RF天線組件進(jìn)一步包括用于提供能量的熱發(fā)電機(jī)。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，光伏電池和RF天線組件集成到至少一個(gè)電子裝置。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，光伏電池和RF天線組件編織在紡織材料中，以在紡織材料中形成集成光伏電池和RF天線組件。在集成光伏電池和RF天線組件的另一實(shí)施方式中，光伏電池和RF天線組件制成“即撕即貼”器件。集成光伏電池和RF天線組件構(gòu)成用于輻射或接收射頻能量的天線或天線的一部分，并且還用于將DC能量傳輸?shù)诫娮友b置或多個(gè)電子裝置。在一個(gè)實(shí)施方式中，集成光伏電池和RF天線組件可以用于尺寸緊湊的自主或半自主無線收發(fā)器。集成光伏電池和RF天線組件可以容易地集成或嵌入在可以是柔性的和/或可拉伸的材料中。多個(gè)集成光伏電池和RF天線組件可以用于偶極天線以及寬帶頻率操作，并且可以容易地集成到其他電子裝置。通過改變至少一個(gè)光伏電池和用于傳輸DC能量的至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的至少一個(gè)的形狀，寬帶頻率操作也是可行的。將理解，可以將柔性光伏電池用于能夠符合任何對(duì)象或身體形狀和任何材料的柔性天線。通過添加額外制造工藝步驟能夠使薄膜光伏電池與其他薄膜技術(shù)兼容，從而實(shí)現(xiàn)高度集成的無線模塊。將理解，當(dāng)考慮環(huán)境/經(jīng)濟(jì)因素時(shí)，所公開的實(shí)施方式中的至少一個(gè)可以是極大有利的；具體地，用于使用太陽能或光能收集的應(yīng)用，諸如但是不限于泛在網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)、射頻識(shí)別(RFID)、無線柔性顯示器或大面積電子器件、無線電子紙、便攜式或可佩戴式無線裝置以及無線位置跟蹤。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，所公開的集成光伏電池和RF天線組件中的一個(gè)可以容易地與其他電子裝置(諸如RF收發(fā)器和/或功率管理裝置)以及任何材料集成。
另一優(yōu)點(diǎn)是，所公開的集成光伏電池和RF天線組件中的一個(gè)通過將至少一個(gè)具有RF天線能力的光伏電池集成到單個(gè)元件而不是具有兩個(gè)分立元件，能夠降低成本。所公開的集成光伏電池和RF天線組件中的一個(gè)的另一優(yōu)點(diǎn)是，能夠降低系統(tǒng)中使用的元件數(shù)量。所公開的集成光伏電池和RF天線組件中的一個(gè)的另一優(yōu)點(diǎn)是，其可以是柔性的、符合任何物體或身體形狀或者設(shè)置在任何材料上，構(gòu)成諸如智能紡織品的智能材料。所公開的集成光伏電池和RF天線組件中的一個(gè)的另一優(yōu)點(diǎn)是，其厚度可以非常小，在一個(gè)實(shí)施方式中，在納米級(jí)或微米級(jí)。所公開的集成光伏電池和RF天線組件中的一個(gè)的另一優(yōu)點(diǎn)是，其可以提供輕質(zhì)系統(tǒng)。所公開的集成光伏電池和RF天線組件中的一個(gè)的另一優(yōu)點(diǎn)是，其可以用于固定 的、移動(dòng)的、便攜式的或可佩戴式系統(tǒng)。所公開的集成光伏電池和RF天線組件中的一個(gè)的另一優(yōu)點(diǎn)是，其能夠用三維、旋轉(zhuǎn)光伏電池元件和/或可折疊結(jié)構(gòu)而使太陽能或光輻射吸收最大化。所公開的集成光伏電池和RF天線組件中的一個(gè)的另一優(yōu)點(diǎn)是，其可以提供RF差動(dòng)激勵(lì)集成光伏電池和RF天線組件(諸如偶極或環(huán))與電子RF收發(fā)器裝置的直接集成。所公開的集成光伏電池和RF天線組件中的一個(gè)的另一優(yōu)點(diǎn)是，其能夠與其他薄膜技術(shù)(諸如用于顯示的薄膜晶體管、數(shù)字、模擬/RF電路、薄膜電池)直接集成，或者與有機(jī)和/或納米級(jí)電子技術(shù)直接集成，從而使得能夠低成本大規(guī)模生產(chǎn)卷對(duì)卷式或卷帶式(R2R)制造。


為了能夠容易地理解本發(fā)明，在附圖中以示例的方式示出了本發(fā)明的實(shí)施方式。圖I是示出包括集成光伏電池和RF天線組件的實(shí)施方式的光能收集無線自主收發(fā)器系統(tǒng)的實(shí)施方式的框圖，。圖2是示出包括固定在光伏電池下面的兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分的薄膜集成光伏電池和RF天線組件的橫截面的示意圖。圖3示出了集成光伏電池和RF天線組件的多個(gè)實(shí)施方式的頂視圖。圖4示出了縫隙集成光伏電池和RF天線組件的各種構(gòu)造。圖5是沿具有縫隙且在圖4中示出的薄膜集成光伏電池和RF天線組件的一部分的線A-A’截取的橫截面圖。圖6示出了總體集成光伏電池和RF天線組件形狀的實(shí)施方式以及沿著從添加的導(dǎo)電表面產(chǎn)生的集成光伏電池和RF天線組件的線B-B’截取的對(duì)應(yīng)橫截面圖。圖7示出了集成光伏電池和RF天線組件的多種三維構(gòu)造。圖8A-圖8E示出了用于天線的層疊的或多個(gè)PV電池的多種構(gòu)造。圖9A-圖9C示出了差動(dòng)激勵(lì)集成光伏電池和RF天線組件的多種構(gòu)造。圖IOA示出了 CPW饋線縫隙偶極子集成光伏電池和RF天線組件，并且圖IOB示出了 PIFA集成光伏電池和RF天線組件。圖11是包括集成光伏電池和RF天線組件的收集光能DC和RF管理系統(tǒng)的實(shí)施方式的框圖。圖12A-圖12B示出了可操作地連接至電子器件的集成光伏電池和RF天線組件的橫截面。圖13示出了具有其他電子器件和能量存儲(chǔ)裝置的集成光伏電池和RF天線組件的橫截面圖。圖14示出了與其他電子器件和能量存儲(chǔ)裝置集成的薄膜集成光伏電池和RF天線組件的橫截面。圖15示出了可操作地連接至熱偶發(fā)電器和其他電子器件的集成光伏電池和RF天線組件的橫截面。從包括以下的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)及其優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
具體實(shí)施例方式在以下對(duì)實(shí)施方式的描述中，參照附圖對(duì)能夠?qū)嵺`本發(fā)明的示例進(jìn)行了說明。應(yīng)當(dāng)理解，在不背離所公開的本發(fā)明的范圍的前提下，可以創(chuàng)作其他實(shí)施方式。圖I中示出了使用光能或太陽能收集的無線自主收發(fā)器2。無線自主收發(fā)器2包括集成光伏電池和射頻(RF)天線組件4、無線電收發(fā)器6、功率管理單元8、第一可選能量存儲(chǔ)器10、第二可選能量存儲(chǔ)器12以及可選傳感器14。集成光伏電池和RF天線組件4用作RF天線以及DC能量生成器，并與無線電收發(fā)器6、功率管理單元8以及可選地與能量存儲(chǔ)單元10或多個(gè)能量存儲(chǔ)單元10、12相連接。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)應(yīng)用的情況下，可以設(shè)置傳感器14。應(yīng)當(dāng)理解，集成光伏電池和RF天線組件4可以是代替單個(gè)光伏電池的光伏面板或模塊。應(yīng)當(dāng)理解，集成光伏電池和RF天線組件4、無線電收發(fā)器6、功率管理單元8、第一可選能量存儲(chǔ)器10、第二可選能量存儲(chǔ)器12以及可選傳感器14可以與本質(zhì)上是柔性的且可拉伸的材料集成一起或集成在其中，這些材料諸如用于印制電子產(chǎn)品的材料(聚合物、塑料、有機(jī)或無機(jī)材料)、紡織品、生物復(fù)合材料或生物相容材料、薄玻璃層、薄半導(dǎo)體層、紙、納米粒子或納米管。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，通過將無線自主收發(fā)器2的各種部件集成在一起，可以使部件數(shù)量最小化，因此提供具有更緊湊的無線裝置，這是具有很大優(yōu)勢(shì)的。此外，通過將從一個(gè)器件到另一器件所需的互連最小化以及由此將尤其是射頻下的損失和信號(hào)耦合效應(yīng)最小化，可以提高無線自主收發(fā)器2的效率，這同樣具有很大優(yōu)勢(shì)。應(yīng)當(dāng)理解，這種系統(tǒng)可以應(yīng)用于小尺寸以及大尺寸或大面積的電子產(chǎn)品。特別地，本文中公開的集成光伏電池和RF天線組件4還稱為太陽能天線或“太陽能天線(solant)”，并且可以用于模擬、數(shù)字、脈沖或孤波輻射或接收。通過將集成光伏電池和RF天線組件4與其他電子器件集成在同一材料或基板中，可以獲得系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)。此外，例如通過使用薄膜技術(shù)進(jìn)一步將集成光伏電池和RF天線組件4與其他電子部件或電路集成，可以實(shí)現(xiàn)等同的系統(tǒng)上芯片(SoC)或系統(tǒng)上封裝(SoP)0本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的是，由于其結(jié)構(gòu)，光伏或太陽能電池將光能或光子能量或太陽光的能量直接轉(zhuǎn)換成電能。可以使用諸如硅(Si)或砷化鎵(GaAs)的半導(dǎo)體材料或者諸如碳納米管的納米材料或印刷電子產(chǎn)品來制造光伏電池。在半導(dǎo)體材料是硅的情況下，制造pn結(jié)，其中，產(chǎn)生直流(DC)電流。普通類型的光伏電池包括但不限于單結(jié)GaAs、多結(jié)電池、晶體硅(可以是單晶、多晶或者厚膜)、薄膜材料技術(shù)(諸如CdTe、非晶Si、多晶硅結(jié)、納米_、微-或聚-Si);染料敏化型材料；有機(jī)或無機(jī)材料。由于這些光伏電池非常薄，在幾納米或微米的量級(jí)，因此可以提供一些技術(shù)來獲得柔性的光伏電池，例如在M. Pagliaro, G.Palmisano 以及 R. Ciriminna 的 Wiley-VCH Verlag Gmbh 2008 年的 “Flexible SolarCells”中描述的。參照?qǐng)D2，示出了硅薄膜集成光伏電池和RF天線組件的實(shí)施方式，其中，光伏電池包括頂層20、透明導(dǎo)電膜(TCF)層21、ρ層
22、本征<i>23材料和η-層<n>24。更準(zhǔn)確地說，頂層20用作光伏電池的保護(hù)密封材料。透明導(dǎo)電膜(TCF)層21用作頂側(cè)的導(dǎo)電體，其與P型硅、金屬接觸和密封材料層之間的折射率匹配，以提高光伏電池的效率。ρ-層<ρ>22(固定在透明導(dǎo)電膜下面的第一電極層的第一實(shí)施方式)在頂側(cè)TCF層上形成正DC接觸(DC+)，而η-層<η>24 (第二電極層的第一實(shí)施方式)提供負(fù)DC接觸(DC-)。在該實(shí)施方式中，本征<i>23材料夾在ρ-層
22和η-層<η>24之間，以形成p_i_n結(jié)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然公開的是p-i-n結(jié)，但是可選地可以設(shè)置n-i-p結(jié)。在這種實(shí)施方式中，第一電極層包括η-層<η>，并且第二電極層包括P-層〈P〉。此外，應(yīng)當(dāng)理解，多個(gè)層疊的p-i-n或n-i-p層也是可行的。雖然僅示出了薄膜技術(shù)，但是多個(gè)層疊的PV技術(shù)(諸如非晶硅或晶體硅)是可行的。集成光伏電池和RF天線組件進(jìn)一步包括第一導(dǎo)電材料水平部分25和第二導(dǎo)電材料水平部分26。應(yīng)當(dāng)理解，第一導(dǎo)電材料水平部分25和第二導(dǎo)電材料水平部分26用作光伏電池的接觸電極，并且由此提供了電勢(shì)差，而且是至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分的實(shí)施方式。這種導(dǎo)電材料可以不是金屬或碳，并且可以認(rèn)為是不良導(dǎo)體。在一個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)電材料的形式可以是液體或微流體之一。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一導(dǎo)電材料水平部分25和第二導(dǎo)電材料水平部分26包括透明導(dǎo)電膜層。·應(yīng)當(dāng)理解，在圖2公開的實(shí)施方式中，第一導(dǎo)電材料水平部分25和第二導(dǎo)電材料水平部分26均位于光伏電池下面，這有助于與其他元件的連接。因此，這有利地使得能夠提供集成光伏電池和RF天線組件。為了在與第一導(dǎo)電材料水平部分25相同的水平面上但不是第一導(dǎo)電材料水平部分25上制造第二導(dǎo)電材料水平部分26,在一個(gè)實(shí)施方式中，可以蝕刻掉一些光伏電池材料，或者在光伏制造過程步驟中分配特定接觸電極表面區(qū)域。這種技術(shù)可以包括背接觸光伏電池，其可以使用諸如金屬穿孔卷繞(MWT)、發(fā)射極穿孔卷繞(EWT)以及背接觸電池或埋入式接觸的技術(shù)來實(shí)施。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，僅允許頂部接觸位于光伏電池的頂側(cè)的現(xiàn)有技術(shù)光伏電池設(shè)計(jì)具有很大優(yōu)勢(shì)。因此，現(xiàn)有技術(shù)光伏電池設(shè)計(jì)極大地苦于需要帶式連接器或其他互連元件以與基板連接。實(shí)際上，這種現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造對(duì)于高頻率天線設(shè)計(jì)，特別是對(duì)于微波(在3GHZ-30GHZ的范圍內(nèi))或毫米波設(shè)計(jì)(在30GHz-300GHz的范圍內(nèi))，是不適合的。仍然參照?qǐng)D2，應(yīng)理解到，第一導(dǎo)電材料水平部分25直接用于RF和DC-連接，而第二導(dǎo)電材料水平部分26僅用于DC+連接。應(yīng)當(dāng)理解，可以提供可選實(shí)施方式，其中，第一導(dǎo)電材料水平部分25和第二導(dǎo)電材料水平部分26用作RF接觸，或者其中，第二導(dǎo)電材料水平部分26僅用作RF接觸。將理解到，RF接觸的大小將取決于所需的DC電流產(chǎn)生以及天線的性能特性。將進(jìn)一步理解到，當(dāng)設(shè)計(jì)集成光伏電池和RF天線組件時(shí)，特別是在需要較高頻率時(shí)，可以考慮第一導(dǎo)電材料水平部分25和第二導(dǎo)電材料水平部分26之間的空間27,并且借助于電磁場(chǎng)解算器或模擬器來實(shí)現(xiàn)。將理解，這里公開的集成光伏電池和RF天線組件不限于給定數(shù)量的接觸。因此，如圖2所示，第一導(dǎo)電材料水平部分25提供了電磁/RF波輻射器或吸收器的基底，其中電磁/RF波輻射器或吸收器還將激勵(lì)存在于第一導(dǎo)電材料水平部分25的周圍的其他導(dǎo)電元件，諸如透明導(dǎo)電膜(TCF)層21和第二導(dǎo)電材料水平部分26。還將理解，在所公開的實(shí)施方式中，透明導(dǎo)電膜(TCF)層21是導(dǎo)電的，這還有助于 RF輻射。在第二導(dǎo)電材料水平部分26也定位為接近另一接觸的情況下，耦合RF場(chǎng)產(chǎn)生并且也有助于RF輻射。反之，集成光伏電池和RF天線組件還接收或吸收這種RF輻射。因此，第一導(dǎo)電材料水平部分25和第二導(dǎo)電材料水平部分26都必須是RF去耦的，以將DC連接上的RF信號(hào)濾波。這可以使用具有RF電感器扼流圈(L)和旁路電容器(Ce)的低通濾波器拓?fù)鋪韴?zhí)行?？梢允褂枚鄠€(gè)LCc部分，以抑制可能具有寬帶頻率特性的不想要的RF信號(hào)。因此，光伏電池以及第一導(dǎo)電材料水平部分25和第二導(dǎo)電材料水平部分26 —起構(gòu)成了集成光伏電池和RF天線組件28元件。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，RF電感器扼流圈(L)和旁路電容器(Ce)的形式可以是集總元件或分立元件。常見的電感式集總元件由高阻抗線組成，高阻抗線可以被調(diào)諧到被減短至四分之一波長(zhǎng)傳輸線頻率，即，天線操作頻率。實(shí)際上，該技術(shù)適于窄帶頻率操作。使用固定在光伏電池下面或者定位為與光伏電池鄰近的其他材料，可以在過程中嵌入集總元件。如圖2所示，如果在一個(gè)或多個(gè)接觸需要RF連接，則需要至少一個(gè)DC隔直流電容器(Cb)作為高通濾波器的一部分。第一導(dǎo)電材料水平部分25和第二導(dǎo)電材料水平部分26還可以用作RF地。在該實(shí)施方式中，需要電容來將RF地與DC電勢(shì)去耦，如DC隔直流電容器(Cb)將用作高通濾波器。因此。這種構(gòu)造可以用于其中RF場(chǎng)通過地平面內(nèi)的縫隙輻射的縫隙天線，或者用作另一天線元件的公共RF地平面。在DC地和RF地必須連接在同一點(diǎn)的情況下，如上所述將光伏電池的負(fù)DC電勢(shì)去耦，并且將添加的RF扼流圈(電感器元件)添加為直接接地，以在DC線上增加進(jìn)一步RF去率禹。在光圈耦合集成光伏電池和RF天線組件的情況下，諸如對(duì)于光圈耦合或耦合貼片天線，至少一個(gè)頂部集成光伏電池和RF天線組件的接觸將僅具有直接DC連接。RF波通過另一天線元件激勵(lì)，諸如在光圈耦合天線構(gòu)造的情況下的開縫隙地平面或者位于直接耦合至貼片的貼片天線元件下的帶狀線。另一替代方案是具有位于貼片天線下面的收發(fā)器電路元件的直接耦合RF信號(hào)輸出/輸入。如果設(shè)計(jì)RF差動(dòng)激勵(lì)天線，則可以不需要RF地。因?yàn)榧晒夥姵睾蚏F天線組件用于兩個(gè)目的，即，提供DC功率和提供用于RF信號(hào)輻射或接收的RF天線，因此，集成光伏電池和RF天線組件的整體尺寸和形狀將取決于這兩個(gè)要求。如圖2所示，導(dǎo)電光伏電池接觸材料的表面積大小將決定背接觸25的可用DC功率。導(dǎo)電材料的尺寸和形狀將決定天線RF特性。因此，通過選擇至少兩個(gè)水平部分和/或包括TCF層的光伏電池的特定形狀，可以根據(jù)所需的操作頻率、頻率帶寬、輸入阻抗、天線增益等來設(shè)計(jì)天線。出于天線設(shè)計(jì)的目的，導(dǎo)電材料可以延伸到超出至少兩個(gè)水平部分之外。參照?qǐng)D3，示出了對(duì)天線設(shè)計(jì)有用的集成光伏電池和RF天線組件的各種平面形狀。這些形狀可以是任意的。例如，形狀31是可以用于貼片或胖單極狀天線的線性的矩形形狀。形狀32具有可以用于貼片、胖單極狀天線的梯形形狀，或者如果差分驅(qū)動(dòng)兩個(gè)類似形狀，將獲得蝶形天線。形狀33以及形狀34與形狀32類似，但是可以具有更多的寬帶頻率特性。形狀35是三角形狀，并且類似于形狀32，如果差分驅(qū)動(dòng)兩個(gè)類似形狀，將獲得蝶形天線。形狀36是圓形，而形狀37是可以主要用于寬帶或超寬帶頻率響應(yīng)的橢圓形。形狀38是具有特定線寬的弧形。形狀39是具有特定線寬的環(huán)狀，以特定頻率或根據(jù)其RF激勵(lì)諧振，并且可以具有用于多個(gè)頻率天線特性的多個(gè)諧振。形狀331具有任意形式，其包括空 間填充曲線或不規(guī)則形狀。形狀332可以是具有一個(gè)公共RF激勵(lì)或多個(gè)RF激勵(lì)的螺旋天線，用于寬帶頻率特性。該示例示出了可以來自四個(gè)不同光伏電池的四個(gè)部分。整個(gè)集成光伏電池和RF天線組件可以由用于其DC連接的串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個(gè)集成光伏電池和RF天線組件構(gòu)成，并且用作RF輻射器或接收器或RF地。這些集成電池和RF天線組件可以嵌入在一個(gè)密封材料20中。形狀333類似于諸如線單極的線狀天線，并且如果差分驅(qū)動(dòng)兩個(gè)線，為線偶極子。形狀334可以是被差分驅(qū)動(dòng)的線狀環(huán)形天線。可以使用導(dǎo)電接觸從集成光伏電池和RF天線組件來制造這些線狀天線。這些還可以是空間填充曲線或不規(guī)則形狀的天線，其可以具有寬帶頻率特性。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員設(shè)計(jì)滿足天線需求以及總DC功率的形狀直到達(dá)到天線的規(guī)格的天線。例如，如果貼片天線必須設(shè)計(jì)為在FR-41. 5mm基板或絕緣材料上以4GHz諧振,貝Ij與形狀31類似的形狀可以具有2cm X 2cm的總尺寸。參照?qǐng)D4，示出了集成光伏電池和RF天線組件構(gòu)造的可選實(shí)施方式。任意形狀41的一部分可以用作RF地平面。任意形狀41是集成光伏電池和RF天線組件以及RF地平面中的開口。將理解，出于各種目的，還可以制作多個(gè)開口，其可以在RF地平面中或者作為諸如開縫分形貼片天線的天線元件的一部分。整個(gè)縫隙天線元件可以由用于其DC連接的串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個(gè)集成光伏電池和RF天線組件制成。形狀42示出了縫隙環(huán)形天線。參照?qǐng)D5，示出了沿形狀40的線A-A’截取的橫截面圖。在該情況下，只有密封層20沒有被去除。在該實(shí)施方式中，僅示出了集成光伏電池和RF天線組件的至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的一個(gè)，用參考標(biāo)號(hào)54表示?？p隙50具有與天線規(guī)格(即，諧振頻率和頻率帶寬)對(duì)應(yīng)的尺寸。將理解到，縫隙50必須是由微帶線或帶狀線51或其他RF器件來進(jìn)行RF激勵(lì)，并且與開縫隙的地平面隔開由天線設(shè)計(jì)需求確定的一定高度?？梢酝ㄟ^是柔性的絕緣材料52或空氣來進(jìn)行這種與開縫隙的地平面的隔離。通過經(jīng)由通孔53或使用其他互連技術(shù)將接觸25連接至一些電路54來進(jìn)行RF地/DC線連接?，F(xiàn)在返回參考圖4，至少一個(gè)集成光伏電池和RF天線組件地平面40可以設(shè)計(jì)為周期性結(jié)構(gòu)(諸如電磁帶隙(EBG)，S卩，高阻抗表面、頻率選擇表面(FSS)或超材料(左手材料))，其使用具有多個(gè)縫隙41的幾何結(jié)構(gòu)，以提高天線性能。仍然參照?qǐng)D4，RF激勵(lì)的任意形狀331還可以具有存在于其光伏電池中的縫隙43(或多個(gè)縫隙)?？p隙43用作集成光伏電池和RF天線組件特性中的帶阻或帶通頻率操作。當(dāng)必須衰減特定頻率的強(qiáng)干擾以不使以寬頻帶寬運(yùn)行的RF前端電路飽和時(shí)，這是需要的。在一些天線設(shè)計(jì)中，從集成光伏電池和RF天線組件元件產(chǎn)生額外的互連或總體天線形狀。圖6中示出了這種示例，其中集成光伏電池和RF天線組件具有特定形狀31。需要額外導(dǎo)電材料61，以不僅用于與其他電路相連接，還有助于天線設(shè)計(jì)布局60。額外導(dǎo)電材料61可操作地與第一導(dǎo)電材料水平部分25連接，并且可以設(shè)置為與第一導(dǎo)電材料水平部分25相鄰,或者部分在第一導(dǎo)電材料水平部分25的下面。這還適用于導(dǎo)電材料26。在圖6中,額外導(dǎo)電材料61被設(shè)置為部分在第一導(dǎo)電材料水平部分25下面，以與第一導(dǎo)電材料水平部分25接觸?？梢允褂脤?dǎo)電粘合劑或薄導(dǎo)電膠帶。額外導(dǎo)電材料61還 可以設(shè)置在絕緣材料52 (未示出)上。將理解到，集成光伏電池和RF天線組件還可以具有整體三維(3D)形狀并且可以包括多個(gè)光伏電池。將理解，這種構(gòu)造對(duì)于使相對(duì)于光源位置可以吸收的光能量的量最大化是有用的。例如，由于地球繞太陽旋轉(zhuǎn)，太陽會(huì)僅照到光伏電池的一部分，這是因?yàn)樘柕奈恢迷谝惶鞎?huì)變化。通過設(shè)置多個(gè)集成光伏電池和RF天邊組件，確保光照到至少一個(gè)光伏電池表面。集成光伏電池和RF天線組件必須覆蓋3D形狀的至少一個(gè)表面。因此，3D形狀可以具有移動(dòng)光能位置的優(yōu)勢(shì)(利于移動(dòng)光能的位置)。此外，至少一個(gè)光伏電池和RF天線可以是柔性的和/或可拉伸的，這些可以符合其他物體的表面。參照?qǐng)D7，示出了集成光伏電池和RF天線組件的各種3D基本形狀。例如，形狀70制成為具有六個(gè)面的盒。形狀71是圓柱并可以用作桿。如果圓柱的直徑足夠小使得其能夠被看作是線狀天線，則可以用作線單極或偶極天線。形狀72是中空柱，其中集成光伏電池和RF天線組件可以纏繞在曲面上。形狀73是圓形盒，其對(duì)于寬帶頻率天線性能是有用的。形狀74示出了三角形構(gòu)造。形狀75是球形而形狀76是錐體。形狀77具有拋物線構(gòu)造。形狀78具有金字塔構(gòu)造。集成光伏電池和RF天線組件還可以是可折疊體79。由于集成光伏電池和RF天線組件可以是本質(zhì)上柔性的，因此可以制成可卷曲的。多個(gè)集成光伏電池和RF天線組件可以層疊或設(shè)置為彼此相鄰，以形成完整集成光伏電池和RF天線組件。此外，借助于多個(gè)集成光伏電池和RF天線組件，可以通過串聯(lián)和/或并聯(lián)連接來增加DC電力。參照?qǐng)D8A，光圈耦合貼片天線由上貼片天線組件80來形成，并且通過絕緣材料或空氣與開縫隙的光伏電池RF地平面40隔開，上貼片天線組件還可以是集成光伏電池和RF天線組件元件。如圖7中示出的，上貼片天線元件80還可以具有3D形狀。此外，將諸如地平面或浮動(dòng)導(dǎo)電材料的反射器設(shè)置在集成光伏電池和RF天線組件的下面，這也可以提高光伏電池的電效率。用于上貼片元件80的導(dǎo)電材料還可以是透明導(dǎo)電膜(TCF)型。光伏地平面40具有比上貼片元件80大的尺寸，以使用于DC功率轉(zhuǎn)換的光吸收最大化?？p隙41主要位于上貼片天線元件80下面。RF地平面40通過絕緣材料52隔開，其中RF激勵(lì)51位于其底部。借助于光圈耦合光伏電池貼片天線結(jié)構(gòu)，上貼片元件80是通過縫隙41被RF激勵(lì)的，因此不需要任何直接RF連接。當(dāng)需要大DC功率而上貼片天線元件可能由于頻率標(biāo)定(sealing)而很小時(shí)，這種結(jié)構(gòu)是有用的。該實(shí)施方式還可以應(yīng)用于天線陣列。圖8B-圖8D中示出了使用一個(gè)或多個(gè)集成光伏電池和RF天線組件的單極集成光伏電池和RF天線組件。在圖8B中，集成光伏電池和RF天線組件80設(shè)置在光伏電池RF地平面40的上面，并且在光伏電池RF地平面40上方一定高度，該高度由天線設(shè)計(jì)者決定。集成光伏電池和RF天線組件80可以具有由柱式連接件(post-like connection) 91或垂直互連提供的RF連接。于是，光伏電池RF地平面40必須具有用于連接的開口 82。在一個(gè)實(shí)施方式中，柱式連接件81插入在光伏電池RF地平面40的開口 82中，并且可操作地連接至集成光伏電池和RF天線組件，并提供RF激勵(lì)和接收中的至少一種。其他互連位于光伏電池RF地平面40的背面。集成光伏電池和RF天線組件80可以具有3D形狀，并且可以由集成光伏電池和RF天線組件制成，在該情況下，DC電力線還必須穿過柱式連接件81。由于集成光伏電 池和RF天線組件80位于表面上方，因此其柱式連接件81可以旋轉(zhuǎn)，因此在這種實(shí)施方式中，集成光伏電池和RF天線組件80是可旋轉(zhuǎn)的。圖SC和圖8D示出了在本質(zhì)上是柔性的支撐非導(dǎo)電材料52上形成的平面單極集成光伏電池和RF天線組件。集成光伏電池和RF天線組件80通過共面波導(dǎo)(CPW)饋線被RF連接，并且設(shè)置在支撐非導(dǎo)電材料52上。元件83是光伏電池RF地，其與導(dǎo)線84隔開確定的間隔85。CPW-饋線RF阻抗被設(shè)計(jì)為使得其與天線的阻抗匹配，以用于以所需的頻率(或多個(gè)頻率)向/從天線進(jìn)行最大功率傳輸。CPW-饋線還提供了與其他電子器件的更容易集成。CPW-饋線還可以設(shè)置在絕緣材料52的背面，在該情況下，單極集成光伏電池和RF天線組件80的RF連接通過輻射耦合帶元件84來提供。因此，單極集成光伏電池和RF天線組件80將僅提供DC電力線。上天線導(dǎo)電表面和帶元件84之間的間隔必須由天線設(shè)計(jì)者來決定。間隙86將地平面與單極集成光伏電池和RF天線組件80隔開。由于另一 RF地平面可以存在于絕緣材料52的背面，因此還可以使用接地的CPW-饋線。在圖8D中，平面單極具有微帶饋線類型87，其或者與單極集成光伏電池和RF天線組件80位于同一平面上，或者位于支撐材料52的背面。在該情況下，具有與單極集成光伏電池和RF天線組件80的阻抗匹配的輸出或輸入阻抗以進(jìn)行最大功率傳輸?shù)腞F收發(fā)器，也可以位于單極天線界面，因此不需要任何微帶線饋線87。RF地平面83可以具有均一形狀或者周期結(jié)構(gòu)，并且與單極集成光伏電池和RF天線組件80隔開一定間隙86。將理解，單極或偶極集成光伏電池和RF天線組件具有貼片天線無法實(shí)現(xiàn)的寬帶或超寬帶頻率行為的優(yōu)勢(shì)。在圖8E中，多個(gè)集成光伏電池和RF天線組件88圍繞主集成光伏電池和RF天線組件80。該結(jié)構(gòu)對(duì)于增大DC功率是有用的，這是因?yàn)榭梢蕴砑铀屑晒夥姵睾蚏F天線組件的DC功率，并且同時(shí)，經(jīng)由元件之間的RF耦合提供了更寬的天線頻率帶寬。特定間隔89可以由天線設(shè)計(jì)者決定。集成光伏電池和RF天線組件可以是RF差分驅(qū)動(dòng)的。這種天線可以不需要RF地平面，這簡(jiǎn)化了其布局結(jié)構(gòu)。例如，圖9A示出了單個(gè)集成光伏電池和RF天線組件90，其在其端部被差分驅(qū)動(dòng)。如圖9B所示，環(huán)形集成光伏電池和RF天線組件91也在其端部被差分驅(qū)動(dòng)，但是特定間隙92必須將環(huán)的兩端隔開，這影響某些天線RF特性。環(huán)形集成光伏電池和RF天線組件在低頻(低于其第一諧振)具有電感阻抗特性，而單極、偶極和貼片集成光伏電池和RF天線組件具有電容阻抗特性。如圖9C所示，偶極是差分驅(qū)動(dòng)天線，其中兩個(gè)集成光伏電池和RF天線組件93隔開特定間隙94。由于偶極使用至少兩個(gè)以上集成光伏電池和RF天線組件，因此這些可以是DC串聯(lián)或并聯(lián)連接，以使可用DC電力加倍。另一實(shí)施方式可以由折疊偶極天線組成。許多RF前端電路(諸如功率放大器和低噪放大器)具有差分拓?fù)?，以抑制共模噪聲并提高所發(fā)送或接收的信號(hào)的RF性能。通過直接集成到差分激勵(lì)天線，不需要平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，這減小了收發(fā)器系統(tǒng)的部件量，并使由于平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器的存在而引起的功率損失最小化。圖IOA中示出了另一 CPW-饋線天線拓?fù)洹＜晒夥姵睾蚏F天線組件100直接用CPW饋線激勵(lì)。在該示例中，縫隙偶極天線101根據(jù)其尺寸以特定頻率諧振。這種CPW-饋線集成光伏電池和RF天線組件可以與RF前端電路容易地集成。圖IOB中示出了平面反轉(zhuǎn)F天線(PIFA)拓?fù)?，其中，集成光伏電池和RF天線80在一個(gè)點(diǎn)被RF激勵(lì)并且RF地連接在另一點(diǎn)。在該附圖中，僅示出了單個(gè)DC連接。該拓?fù)溥€ 可以應(yīng)用于反轉(zhuǎn)F天線(IFA)。其他集成光伏電池和RF天線拓?fù)淇梢园ú▽?dǎo)天線、喇叭天線、螺旋天線、對(duì)數(shù)周期天線、螺旋線天線、維瓦爾第天線、曲折天線或反射器天線。如上所述，兩個(gè)以上集成光伏電池和RF天線組件可以用于天線分集、多頻天線或天線陣列，而其串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的集成光伏電池和RF天線組件將提供DC電力。集成光伏電池和RF天線組件可以具有單個(gè)極化(例如，以水平或垂直為例)、雙極化(例如，以圓形或橢圓形為例)或多個(gè)極化，這取決于天線的形狀及其RF連接。如上所述，集成光伏電池和RF天線組件可以設(shè)置在超材料(左手材料)上，超材料改變了材料本身的特性，諸如產(chǎn)生負(fù)介電常數(shù)和/或負(fù)磁導(dǎo)率。因此，可以減小集成光伏電池和RF天線組件的大小，這對(duì)于整體系統(tǒng)大小限制是一個(gè)問題的低頻應(yīng)用是有用的。非導(dǎo)電支撐或絕緣材料可以是印刷電路板、柔性PCB、塑料或聚合物、玻璃、紙、有機(jī)或無機(jī)材料、生物相容材料或生物復(fù)合材料、或納米材料，并且其可以是柔性的和/或可拉伸的。PV電池可以集成在紡織品或服裝(諸如衣物、包、帳篷等)的內(nèi)部或上部。因此例如，集成光伏電池和RF天線組件可以編織在紡織品材料中，以在紡織品材料中形成集成光伏電池和RF天線組件。這些可以用于諸如無線體域網(wǎng)(WBAN)的便攜式或可佩戴式應(yīng)用，并且可以是可清洗的。由于集成光伏電池和RF天線組件可以是柔性的，并且容易與其他電子器件集成，因此如果是平面結(jié)構(gòu)，則其可以作為在其底部層壓有薄粘合層的“即撕即貼”器件來提供。其還可以作為獨(dú)立器件或完整的無線系統(tǒng)來提供。參照?qǐng)D11，示出了如下實(shí)施方式，其中集成光伏電池和RF天線組件80和相關(guān)的PV電池元件與含有一些轉(zhuǎn)換電子器件、能量存儲(chǔ)器以及能量調(diào)節(jié)電路的能量收集接口電子器件集成，以傳送恒定的能量和提供適當(dāng)?shù)腞F和DC地用于后續(xù)級(jí)的電子器件，這是光能量收集方案的一部分。在該實(shí)施方式中，通過將收集的能量轉(zhuǎn)換成可使用的能量格式，轉(zhuǎn)換電子器件高效且有效地從N個(gè)光伏電池元件(N_DC+、N_DC-)收集DC能量。能量存儲(chǔ)器累積并保存能量。其存儲(chǔ)器與轉(zhuǎn)換電子元件相配合，以接收來自光收集器的輸入電荷。能量調(diào)節(jié)電路然后調(diào)節(jié)來自能量存儲(chǔ)器的輸出電壓和電流，以用于后續(xù)電子器件的所需DC供給(DC+_i、DC-_j)。還設(shè)置了 DC地。M_RF連接和RF地(如果可用)與無線電收發(fā)器電路直接相連接。集成光伏電池和RF天線組件還可以與其他印制電子器件、薄膜、納米電子器件或有機(jī)技術(shù)集成。例如，在圖12A中，示出了使用導(dǎo)電粘合劑124或使與器件123接觸的其他方式(諸如倒裝片鍵合)經(jīng)由第一導(dǎo)電材料水平部分121和第二導(dǎo)電材料水平部分122與集成光伏電池和RF天線組件連接的電子器件123的橫截面圖。第一導(dǎo)電材料水平部分121和第二導(dǎo)電材料水平部分122用于提供前面提到的RF和DC連接，并固定在光伏電池120下面。在一個(gè)實(shí)施方式中，電子器件123可以是包括DC轉(zhuǎn)換接口電子器件的無線電收發(fā)器和/或功率管理裝置。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到，不再需要屏蔽電纜。多個(gè)集成光伏電池和RF天線組件可以與至少一個(gè)電子器件123直接相連接。如圖12B所示，光伏電池120、第一導(dǎo)電材料水平部分121以及第二導(dǎo)電材料水平部分122經(jīng)由可以是本質(zhì)上柔性的絕緣材料125連接至電子器件123。將理解，可以使用互連通孔、微孔或納米線126來進(jìn)行到第一導(dǎo)電材料水平部分121和第二導(dǎo)電材料水平部分122的連接。這種構(gòu)造可以用于RF輻射耦合天線結(jié)構(gòu)，諸如在圖SE中公開的那個(gè)。仍然參照?qǐng)D12B，導(dǎo)電反射器或超材料127可以設(shè)置在距集成光伏電池和RF天線組件的一定距離，以使后向輻射場(chǎng)最小化。在可佩戴式應(yīng)用中，身體吸收天線輻射的RF能量的很大一部分。因此，為了使身體中的輻射場(chǎng)最小化并且使向外的輻射場(chǎng)最大化，導(dǎo)電反射器127將是有利的。在一個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)電反射器或超材料127直接位于電子器件123的背面?？蛇x地，導(dǎo)電反射器或超材料127位于非導(dǎo)電支撐材料或空氣128的背面。將理解，電子器件123還可以設(shè)置在與第一導(dǎo)電材料水平部分121和第二導(dǎo)電材料水平部分122相同的平面上，在絕緣材料125的上方與光伏電池相鄰。在這些構(gòu)造中，RF去耦網(wǎng)絡(luò)集成在電子器件123 中。參照?qǐng)D13，示出了可操作地連接至可再充電的電池和/或超級(jí)電容器或其他能量存儲(chǔ)裝置130 (諸如燃料電池，可以是柔性的，諸如由納米管油墨或碳納米管制成的紙電池)的集成光伏電池和RF天線組件的實(shí)施方式。將理解到，能量存儲(chǔ)裝置130可以直接與電子器件123相連接?？蛇x地，能量存儲(chǔ)裝置130可以使用通孔或納米線131與電子器件123相連接。將理解到，能量存儲(chǔ)裝置130可以進(jìn)一步用作RF反射器。將理解，在一個(gè)實(shí)施方式中，能量存儲(chǔ)裝置130還可以設(shè)置為與電子器件123相鄰。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，使用這種集成系統(tǒng)可以節(jié)省空間和重量，這具有很大的好處。參照?qǐng)D14，示出了使用其他薄膜技術(shù)的整體集成的薄膜光伏電池和RF天線組件的橫截面圖的示例。將理解到，該技術(shù)可以使用相同的光伏制造工藝，其具有用于其他電子功能(諸如光電二極管和發(fā)光二極管、電子顯示器、DC電路、數(shù)字和模擬/RF電路)的有源器件(發(fā)射器和二極管)和無源器件(電阻、電容、電感器、變壓器)140。將理解到，層141可以是二氧化硅。層142可以是用于構(gòu)造有源器件的薄硅膜，該有源器件與光伏電池120的第一導(dǎo)電材料水平部分121和第二導(dǎo)電材料水平部分122以及其他底層(如果有的話)互連。這些還可以被制造為與集成光伏電池和RF天線組件相鄰。此外，薄膜可再充電電池和/或能量存儲(chǔ)器144裝置可以設(shè)置在有源和/或無源器件140下面，與這些器件中的一些互連。將進(jìn)一步理解到，由于能量存儲(chǔ)裝置144本質(zhì)上可以是柔性的，因此其可以用作集成光伏電池和RF天線組件無線系統(tǒng)的支撐材料。本質(zhì)上可以是柔性的和/或可拉伸的材料52可以設(shè)置在集成光伏電池和RF天線組件的下面。這種高度集成系統(tǒng)可以使用有機(jī)或無機(jī)工藝來制造集成光伏電池和RF天線組件以及有源器件。在可選實(shí)施方式中，可以使用納米級(jí)器件或元件，諸如碳納米管、石墨烯晶體管、量子點(diǎn)和納米線。
在其他實(shí)施方式中，集成光伏電池和RF天線組件可以嵌入在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)或納米電子機(jī)械系統(tǒng)(NEMS)中，諸如，嵌入在MEMS傳感器、致動(dòng)器、無源元件或開關(guān)中。頻率可再配置集成光伏電池和RF天線可以嵌入在MEMS或NEMS開關(guān)中。參照?qǐng)D15，示出了集成光伏電池和RF天線組件的橫截面，該組件包括光伏電池120、與熱能或熱發(fā)電機(jī)或熱偶發(fā)電器(諸如熱電堆)150集成的第一導(dǎo)電材料水平部分121以及第二導(dǎo)電材料122水平部分。將理解到，當(dāng)出現(xiàn)本地溫度差時(shí)(諸如身體、太陽熱量、或靠近產(chǎn)生熱的裝置)，可以使用熱偶發(fā)電器150。在該實(shí)施方式中，能量是從光伏電池120和熱偶發(fā)電器150收集的，并可以存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)裝置155中。因此，可以減小光伏電池120的總體尺寸。將理解到，熱偶發(fā)電器150可以被設(shè)置為鄰近光伏電池120，或者使用諸如薄膜技術(shù)的制造工藝嵌入在光伏電池120 中。熱偶發(fā)電器150將通過通孔151與底層電子器件154互連。與一些互連152相關(guān)的支撐材料153以及底層材料52可以是可選的。需要冷卻系統(tǒng)或熱沉156，以保持集成光伏電池和RF天線組件/熱偶發(fā)電器系統(tǒng)的背面處于一定溫度水平。用于收集太陽能或光能的集成光伏電池和RF天線組件還可以用作用于收集電磁輻射或無線傳輸能量的天線，因此組合了兩種能量收集技術(shù)。盡管以上描述涉及發(fā)明人當(dāng)前設(shè)想的具體實(shí)施方式
，但應(yīng)當(dāng)理解到，本發(fā)明在其寬的方面包括本文中所描述的元件的機(jī)械以及功能等同物。
權(quán)利要求
1.一種集成光伏電池和射頻(RF)天線組件，所述組件包括 光伏電池； 至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分，所述至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的每個(gè)都固定在所述光伏電池的下面，其中，所述至少兩個(gè)水平部分中的兩個(gè)用于提供電勢(shì)差，并且使用所述光伏電池和所述至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的至少一個(gè)水平部分來提供所述RF天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，使用選自由半導(dǎo)體材料、薄膜材料、無機(jī)材料、納米材料、有機(jī)材料和染料敏化型材料組成的組中的材料來制造所述光伏電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述光伏電池包括 頂層； 固定在所述頂層下面的透明導(dǎo)電膜層； 固定在所述透明導(dǎo)電膜層的至少一部分下面的第一電極層； 固定在所述第一電極層下面的第二電極層； 其中，所述至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的第一導(dǎo)電材料水平部分固定在所述透明導(dǎo)電膜層下面，并且所述至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的第二導(dǎo)電材料水平部分固定在所述光伏電池的所述第二電極層的下面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述第一電極層包括P-層〈P〉，其中，所述第二電極層包括η-層〈n〉，進(jìn)一步包括固定在所述P-層〈P〉下面的本征<i>材料層，其中，所述η-層<n>固定在所述本征<i>材料層下面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述第一電極層包括η-層<n>，其中，所述第二電極層包括P-層〈P〉，進(jìn)一步包括固定在所述η-層<η>下面的本征<i>材料層，其中，所述P-層〈P〉固定在所述本征<i>材料層下面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述第一導(dǎo)電材料水平部分和所述第二導(dǎo)電材料水平部分是液體和微流體中的一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述第一導(dǎo)電材料水平部分和所述第二導(dǎo)電材料水平部分包括透明導(dǎo)電膜層。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的集成光伏電池和RF天線組件，進(jìn)一步包括低通濾波器，所述低通濾波器可操作地連接至所述至少兩個(gè)水平部分中的兩個(gè)，以對(duì)所述至少兩個(gè)水平部分中的兩個(gè)進(jìn)行RF去耦。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述光伏電池包括縫隙，進(jìn)一步包括位于所述至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分和所述光伏電池之間的微帶線和帶線中的一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，進(jìn)一步包括額外導(dǎo)電材料，所述額外導(dǎo)電材料可操作地連接至所述至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中所選擇的導(dǎo)電材料水平部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述額外導(dǎo)電材料設(shè)置為鄰近所述至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的所選擇的導(dǎo)電材料水平部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述額外導(dǎo)電材料設(shè)置為部分位于所述至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的所選擇的導(dǎo)電材料水平部分的下面。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述集成光伏電池和RF天線組件包括多個(gè)光伏電池。
14.根據(jù)權(quán)利要求I和13中任一項(xiàng)所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述組件具有三維(3D)形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述三維(3D)形狀利于移動(dòng)光能位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述光伏電池和所述RF天線中的至少一個(gè)是能夠拉伸的。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述光伏電池和所述RF天線中的至少一個(gè)是柔性的。
18.一種集成光伏電池和RF天線組件，包括根據(jù)權(quán)利要求I所述的多個(gè)集成光伏電池和RF天線組件。
19.一種集成光伏電池和光圈耦合貼片天線，所述集成光伏電池和光圈耦合貼片天線包括 根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件； 縫隙光伏電池RF地平面；以及 其中，所述縫隙光伏電池RF地平面和所述集成光伏電池和RF天線組件通過絕緣材料和空氣中的一個(gè)隔開。
20.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，進(jìn)一步包括位于所述集成光伏電池和RF天線組件下面的反射器。
21.一種集成光伏電池和單極天線，所述集成光伏電池和單極天線包括 根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件； 具有開口的光伏電池RF地平面； 柱式連接件，插入在所述光伏電池RF地平面的開口中，并可操作地連接至所述集成光伏電池和RF天線組件，所述柱式連接件用于提供RF激勵(lì)和接收中的至少一個(gè)。
22.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述RF天線是RF差分驅(qū)動(dòng)的。
23.—種平面單極集成光伏電池和RF天線組件，包括 支撐非導(dǎo)電材料； 根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，設(shè)置在所述支撐非導(dǎo)電材料上； 導(dǎo)線，用于為所述集成光伏電池和RF天線組件提供RF信號(hào)激勵(lì)或接收； 其中，光伏電池和RF天線地與所述導(dǎo)線隔開確定的間隔。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的平面單極集成光伏電池和RF天線組件，其中，使用共面波導(dǎo)(CPW)饋線和接地共面波導(dǎo)饋線中的一個(gè)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的平面單極集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述導(dǎo)線包括微帶線饋線，位于與所述集成光伏電池和RF天線組件相同的平面和所述支撐非導(dǎo)電材料的部分導(dǎo)電背面中的至少一個(gè)上。
26.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，進(jìn)一步包括具有CPW饋線的縫隙天線。
27.—種反轉(zhuǎn)F天線(IFA),所述反轉(zhuǎn)F天線包括 根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件， 其中，所述RF天線在一個(gè)點(diǎn)被RF激勵(lì)，并且RF地連接在另一點(diǎn)。
28.—種平面反轉(zhuǎn)F天線(PIFA),所述平面反轉(zhuǎn)F天線包括 根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件， 其中，所述RF天線在一個(gè)點(diǎn)被RF激勵(lì)，并且RF地連接在另一點(diǎn)。
29.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述集成光伏電池和RF天線組件具有單個(gè)極化和多個(gè)極化中的一個(gè)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述光伏電池和RF天線組件具有選自由水平極化和垂直極化組成的組中的一個(gè)極化。
31.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，進(jìn)一步包括用于存儲(chǔ)能量的能量存儲(chǔ)裝置。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述能量存儲(chǔ)裝置與電子裝置相連接。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述能量存儲(chǔ)裝置進(jìn)一步用作RF反射器。
34.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述集成光伏電池和RF天線組件嵌入在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)和納米電子機(jī)械系統(tǒng)(NEMS)中的一個(gè)中。
35.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，進(jìn)一步包括用于提供能量的熱發(fā)電機(jī)。
36.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述光伏電池和RF天線組件集成到至少一個(gè)電子裝置。
37.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述光伏電池和RF天線組件編織在紡織材料中，以在所述紡織材料中形成集成光伏電池和RF天線組件。
38.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光伏電池和RF天線組件，其中，所述光伏電池和RF天線組件制成“即撕即貼”器件。
全文摘要
公開了一種集成光伏電池和RF天線組件，該組件包括光伏電池和至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分，并且至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的每個(gè)都固定在光伏電池的下面，其中，至少兩個(gè)水平部分中的兩個(gè)用于提供電勢(shì)差，并且使用光伏電池和至少兩個(gè)導(dǎo)電材料水平部分中的至少一個(gè)水平部分來提供RF天線。
文檔編號(hào)H04W88/02GK102934237SQ201180025748
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
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