具有光膜的太阳能电池板的制作方法

专利名称：具有光膜的太阳能电池板的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及太阳能电池领域和利用太阳能电池的电子设备， 更特别地涉及太阳能电池板和例如为无线通信设备和蜂窝电话的电子 设备使用的光膜。
背景技术：
例如包括蜂窝电话、便携式双向无线电台、无线通信器以及类似 设备的无线通信设备的电子设备正在被大量用户使用，进行广泛多样 的应用。随着新的特征和功能需求的增长，对于能量源的功耗需求持 续增长，能量源典型地为可再充电电池，在例如蜂窝电话的许多便携 式无线通信设备中出现。电池寿命对于便携式电子设备的用户来说是 非常重要的，包括无线通信设备的用户。短的电池寿命对于例如为无 线通信设备的产品的商业生存是有害的。不幸地，能源技术上的进步 不能与无线通信设备上持续消耗能源的附加新特征保持同步发展。这 是现在的问题。
太阳能电池或有时称为太阳能电池板，代表了一些电子设备的补 充的或可替代的能源。例如为便携式计算器的一些设备具有足够大的 有效表面积和足够低的能源需求，其中有些电子设备可以完全由一个 或多个太阳能电池供电。不幸地，许多电子设备，包括例如移动电话 和其它无线通信设备都具有高的能源需求和用于在设备外表面上设置 太阳能电池的常常受限的有效表面积。所以，对于这样的设备，太阳 能电池还没被当作满意的补充或替代能源。
由于在例如无线通信设备的便携式电子设备的改进的能源性能上 有持续的需求，以及由于太阳能电池的解决方案有前景的，太阳能电池板技术的问题之一就是它糟糕的外观，表面上大部分很暗，但电极 闪亮。这就在太阳能电池板和宿主电子设备的外部之间的可见外观上 产生很大的不匹配。这个问题对消费品尤其严重，用户与同产品美学 并尤其产品的外部装饰外观有关的高附加值紧密相联。
因此存在克服上面所讨论的现有技术的问题的需求。

发明内容
根据本发明的实施例，太阳能电池板安装排列、和电子设备、和 无线设备，包括太阳能电池板；和波长可选择反射光膜，其设置在该 光膜的太阳能电池板前面，以充分地反射入射在该光膜前表面上的预 选择频带的太阳光照射频率，同时允许预选择频带之外的太阳光照射 频率充分地通过光膜并照射太阳能电池板。充分反射的预选择频带的 太阳光照射频率可以在可见光的范围内。
光膜可包括图标图案、公司标识、和照片中的至少一个，其从光 膜前面是可见的。该光膜可以是全息膜类型。
当允许外壳外部的太阳光照射充分地辐射太阳能电池板时，太阳 能电池板可位于设备外壳的内部或外部。在太阳能电池板位于外壳内 部的实例中，至少一部分外壳对太阳光照射基本上是光学透明的。


伴随的附图，在所有独立视图中相同的参考数字指示相同的或功 能上类似的元件，并且其和下面的具体描述一起被加入并形成到说明 书的部分，用于进一步的说明不同的实施例和解释根据本发明的不同 原理和所有优点。
图1是在电子设备的电池门外表面上具有太阳能电池板的示范性 电子设备的平面图。图2是根据本发明实施例的具有适用于电子设备的光膜标签的太 阳能电池板的平面图，其中电子设备例如是图1中的示范性电子设备。
图3是显示辐照度对太阳光谱的波长、光膜的示范性反射曲线、 和示范性标准化太阳能电池响应的图表。
图4显示根据本发明实施例的示范性电子设备的框图。
图5是根据本发明实施例的示范性电子设备的前视图。
图6是根据本发明第一示范性实施例的电子设备外壳的侧截面
图，太阳能电池板和光膜设置在外壳外表面上。
图7是根据本发明第二示范性实施例的电子设备外壳的侧截面
图，太阳能电池板和光膜设置在外壳内表面上。
图8是去除前侧外壳的示范性无线设备外壳的前透视图，显示设 置在外壳的不同表面上的太阳能电池板阵列，根据本发明的示范性实 施例。
具体实施例方式
作为需要，在此公开本发明的具体实施例；然而，应该理解公开 的实施例仅仅是发明的示例，其可以用不同形式体现。因此，这里公 开的具体结构和功能细节不作为限制解释，而仅仅作为权利要求的基
础和作为用于教导本领域技术人员不同的使用本发明事实上任何适当 的具体结构的典型基础。此外，这里使用的术语和短语不是进行限制； 而是提供发明的可理解的描述。
这里使用的术语"一"定义为一个或多于一个。这里使用的术语 多个定义为两个或多于两个。这里使用的术语另一个定义为至少第二 个或更多。这里使用的术语包括和/或具有定义为包含(即开放式语 言)。这里使用的耦合定义为连接，而不必直接地连接也不必机械地连接。
根据一实施例的本发明通过提供一种新的和新颖的太阳能电池板 排列克服了现有技术的问题，其包括波长可选择反射光膜、波长可选择反射全息膜、或类似反射结构，它们设置在太阳能电池板的前面， 在最低限度降低太阳能电池板的太阳能转换效率时，明显地增强太阳 能电池板的美学外观。该新的和新颖的太阳能电池板排列可以设置在 电子设备外壳的不同表面上，包括外壳的外表面和/或内表面。
图1显示设置在示范性电子设备外表面的太阳能电池板104，例 如无线设备或所示的蜂窝电话100。在本例中，在蜂窝电话100的电池
门表面102上设置太阳能电池板104。本例中的太阳能电池板104是基 于单晶硅的太阳能电池板。可以看出，由于具有明亮金属电极的可见 的大黑色面板，太阳能电池板104在美学角度上没有吸引力。
如图2中所示，太阳能电池板204，代表图1中所示的太阳能电 池板104，可以设置在波长可选择反射光膜或全息膜或类似物的后面， 这里通常称为光膜202。也注意到，根据替代实施例，光膜202可包括 多层膜。在本例中，膜202反射被蜂窝电话100用户可见的窄的预选 择频带频率的光，同时膜202允许处于预选择频带之外的太阳光照射 的大部分波长(不是反射波长)通过膜202并到达该太阳能电池板204。 这样，太阳能电池板204对于设备100的用户明显地获得增强的美学 外观，同时很低程度地对太阳能电池板204造成影响。为了最大化这 种组合的能量采集，应该将膜202的选择反射频带波长调整为远离太 阳能电池板204的吸收频带峰值。同时，应该调整光膜的选择反射频 带的波长，使其对人眼最大化它的视觉效果。此外，可以在光膜中嵌 入例如公司标识(见图2中所示的示例膜202)或图片的图标图案，以 产生更加理想的视觉效应或宣传价值。
被用于本发明替代实施例的商品级全息膜由多家制造商制造和在 商业上可获得，例如Dupont和DaiNippon。针对各种应用以不同品牌 出售全息膜产品。此外，可以通过相关领域普通技术人员众所周知的 记录和再现方法和机制进行光膜波长的调整以增强视觉质量。此外， 适合的由塑料或聚合物材料构成的多层膜由3M公司制造，并且在商业上从3M公司获得。适合于本发明中不同的替代应用的其它类型窄频带 光膜由不同的制造商制造，和在商业上从不同的制造商获得，根据本 发明的论述本领域技术人员对此是显而易见的。例如，胆甾型液晶膜
可从Dai Nippon或从Merck获得。
图3显示太阳光谱302的辐照度、典型的光膜304的反射频带、 和标准化太阳能电池响应306之间关系的图表，注意到光膜反射304 是窄频带，该窄频带在一实施例中通过设计为远离太阳能电池响应306 的峰值区而被预选择。这样，当用户视觉上看见提供的在美学角度上 令用户愉悦的外观的反射光时，该太阳能电池响应306，如果有的话， 也是最小地被示例光膜202 (见图2)降低。通过加入这类光膜202和 太阳能电池板204排列，电子设备100可以在视觉质量总体上获得显 著地改善，同时维持太阳能电池板204的满意的能量聚集特征。
在一实施例中，调整光膜202的反射频带304的波长，以最大化 它的对于人眼的视觉质量。可以在光膜202中嵌入例如公司标识或图 片的图标图案，以产生更加理想的视觉效应或宣传价值。 一层这样的 光膜202包括全息膜，可以将该全息膜制成为反射不同颜色的环境光， 同时透射环境光的互补波长部分。注意到，根据替代实施例，光膜202 可以包括多层膜，而不脱离本发明的教导。
可以在电子设备外壳的任何表面上，包括外壳外部和内部表面的 任何组合，设置可见波长可选择反射光膜202和下面的太阳能电池板 204的组合，这将在下面进行更具体的论述。在一实施例中，光膜可以 经由光学上透明的粘合剂，或通过允许太阳光照射充分透射到太阳能 电池板的其它方法，附着到该太阳能电池板上。为了最大化这种组合 的能量聚集，应该将膜202的选择反射频带波长304调整为远离太阳 能电池板204的吸收频带306的峰值区。同时，应该调整光膜202的 反射频带304的波长，以对人眼最大化它的视觉质量。此外，可以在 光膜中嵌入例如公司标识或图片的图标图案，以产生特定的视觉效应。可以选择光膜202的视觉设计和外观用于宣传目的。例如，市场信息、 定制图像、或其它为特殊用户或特殊市场环节特制的视觉要素的组合，
可以在光膜202的可见外观中组合。这种设置在太阳能电池板前面的
新的和新颖的光膜排列利用外部可见表面区域，既为了美学角度上令 人愉悦的外观也为了宣传。否则，该可见表面区域将被放置在电子设 备外表面上的传统太阳能电池板浪费。
使用由Motorola,Inc制造的示范性iDEN移动电话进行测试。商业 商获得的太阳能排线(solar flex)，当作lowa薄膜MPT3.6-37 1.5"X 2.5"太阳能排线，被安装在iDEN蜂窝电话的电池门上。测试人员在 测试人员的皮带上携带这个蜂窝电话，因为它通常将在典型的户外环 境中。太阳能排线在7小时的时间中产生平均66mW (18mA/3.6volt) 或454mWHr。这个性能级别提供大量的能量来提高蜂窝电话的电池性 能。相同的太阳能排线接着与安置在该太阳能排线前面的全息膜组合。 用于测试的全息膜是绿色的。当太阳能排线被全息膜全部覆盖时，同 没有增加全息膜的太阳能排线相比较，功率测量产生超过80%的能量 集合(即不到20%的能量减小)。蜂窝电话的外观也显著地增强，尤 其是具有图标图案的全息膜对于用户可见，而不是黑色中带有太阳能 排线的银色金属电极。
此外，上面所述的图标光膜方法可设计为仅覆盖全部太阳能排线 的一小部分，同时保持增强的蜂窝电话视觉质量。例如，见图2显示 了覆盖小于太阳能电池板204的整个表面的光膜202。在这一实例中， 期望由于光膜导致的太阳能电池板的性能下降仅占功率损耗很少的百 分比。这种方法为电子设备提供显著增强的商业价值，这对消费市场 尤其有价值。
根据本发明一实施例，如图4中所示，显示示范性无线设备400。 在本例中，无线设备400可以工作在使用标准通信协议的无线网络中， 例如码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、频分多址(FDMA)等协议。 另外，无线设备400可以使用文本信息标准通信，例如，短消息业务
(SMS)、加强消息业务(EMS)、多媒体消息业务(MMS)或类似 标准。在本例中，无线设备400包括在通信协议下通过信道可以接收 和发送射频信号的双向无线电台，例如CDMA、FDMA、TDMA、GPRS、 GSM或类似协议。
无线设备400在设备控制器/处理器408的控制下工作，它在接收 和发射模式之间切换该无线设备400。在接收模式中，设备控制器408 电耦合天线414到RF接口 412中的接收器。该接收器解码接收的信号 并提供这些解码的信号到该设备控制器408。在发射模式中，设备控制 器408电耦合天线414到RF接口 412中的发射器。设备控制器408根 据储存在存储器410中的指令操控RF接口 412中的发射器和接收器。 此外，存储器410储存来自接收消息的数据，用于向无线设备400的 用户再现消息。
无线设备400还包括音频输入/输出接口 420，它接收解码音频输 出信号，例如来自RF接口 412中的接收器。音频输入/输出接口 420 发送接收的解码音频信号到音频输出调节电路，该电路完成不同的调 节功能，例如降低噪声和放大信号。扬声器(未示出)接收调节音频 信号和允许音频输出信号被用户听到。无线设备400还包括额外的用 户输出接口，例如，头挂听筒插孔(未示出)或免提扬声器(未示出) 或可听显示器(未示出)。
无线设备400也包括用于允许用户输入音频信号到该无线设备 400的麦克风。声波被该麦克风接收并转换成电音频信号。音频输入调 节电路接收该音频信号并对该音频信号完成不同的调节功能，例如， 噪声降低。音频IO接口 420中的音频输入控制器接收该调节音频信号 并发送该信号到该设备控制器408。设备控制器408接着分配该音频信 号到目的地，例如RF接口 412中的发射机，例如用于发射到无线网络，或例如在存储器410中储存该音频信号。
无线设备400也包括用户输入接口 416，它包括键盘(未示出)，
和其它的例如按钮和开关的用户输入设备，用于允许用户输入用户输
入信息到该无线设备400。无线设备400还包括用于允许用户捕获静止 图像和视频图像到存储器410的摄像头(未示出)。此外，无线设备 400包括额外的用户输入接口，例如，触摸屏技术(未示出)、操纵杆 (未示出)或滚轮(未示出)。
用户输出接口包括用于向用户显示信息的显示器(未示出)。该 用户输出接口也包括在该显示器(未示出)上的视觉指示器(未示出)， 例如LED、灯或其它视觉指示。
电子设备400也包括电源406，例如可再充电电池。功率调节电 路404接口和调节来自一个或多个太阳能电池板的功率信号，这些太 阳能电池板在本例中安排为太阳能电池板排列402。调节功率信号被功 率调节电路404耦合到电源406。该一个或多个太阳能电池板402可共 同地为再充电电池提供大的功率，以增强电源406总的电池寿命。
如图5中所示，示范性无线设备500包括外壳502，它容纳设备 500的电子电路和元件。该外壳502支撑两个示范性太阳能电池板排列 504、 506。这两个太阳能电池板排列504、 506中的每一个，包括设置 在太阳能电池板前面的波长可选择反射光膜。如图5中所示，在设备 500的外壳502上有明显的暴露表面区，其可以通过太阳能电池板用于 捕取太阳能。典型地对外部光暴露的任何表面区可用于增强电子设备 500的功率捕获。
如上面参考图4所述的，在设备500中有不同的用户接口，它们 使用外壳502的外部表面区。例如，如图5中所示，具有天线510、听 筒(扬声器)512、话筒(麦克风)514、键盘520、按钮522以及显示器524。其它的接口也可以使用在该外壳502的外表面区上，例如计算
机连接接口、外部充电和电源适配器接口等，根据本发明这对于本领 域普通技术人员是显而易见的。利用本发明实施例的太阳能电池板技
术可以暴露任何这些接口上并且/或者紧邻这些接口，以及在该设备500 的大的暴露表面区上。
如图6中所示，电子设备的外壳602包括经由粘合剂604附着到 外壳602的外部表面区的太阳能电池板606。太阳能电池板606示为具 有由符号Dl表示的长度612。波长可选择光膜610经由光学透明的粘 合剂608附着到该太阳能电池板606的外部表面区。膜610具有由符 号D2表示的长度614。如图6中所示，D2小于D1。就是说，膜606 仅覆盖该太阳能电池板606的外部表面区的一部分。照射620因此可 直接到达该太阳能电池板606。同样，照射622、 624可传播到该膜610 的外部表面，使得大部分照射622到达该太阳能电池板606并且照射 624的一小部分被作为可见光反射，以供电子设备的用户观看。注意到 可以通过设计调整该膜610的大小，以覆盖太阳能电池板606的任何 部分，包括100%覆盖电池板606。另外，膜610对该太阳能电池板606 的外部表面提供额外的保护。例如，该膜有助于保护电池板606的外 部表面不受损害。
图7显示替代的示范性排列，其中电子设备的外壳702可包括太 阳能电池板712和波长可选择反射光膜706，该波长可选择反射光膜 706经由光学透明的粘合剂704、 710附着到外壳702的内部表面区。 外壳712，至少在覆盖该太阳能电池板712的通常区域中，基本上由光 学透明(或至少光学上非遮光的)的材料构成，其允许太阳光照射通 过外壳702充分地传送到该太阳能电池板712。该太阳能电池板712经 由光学透明的粘合剂708附着到波长可选择反射光膜706的后表面。 显示太阳能电池板606具有由符号Dl表示的长度714。膜706具有由 符号D2表示的长度716。如图7中所示，D2小于D1。就是说，膜706 仅覆盖该太阳能电池板712的表面区的一部分。当然，可以通过设计来调整膜706的尺寸，以覆盖该太阳能电池板712的任何部分，包括 100%覆盖电池板712。太阳能电池板位于外壳内部的显著优点是增强 提供给该太阳能电池板的保护。可以根据需要适当地使外壳的外部表 面平滑和/或生成纹理，以针对应用的特定需求提供定制的形式和功能， 同时根据本发明利用外壳的最大表面区域来进行太阳能的获取。
由于图6和7中所示的上述例子表明膜经由光学上透明的粘合剂 附着到太阳能电池板，但是本领域技术人员显而易见，该光膜仅需要 设置在太阳能电池板的前面。例如，膜可以附着到外壳的外部表面， 而太阳能电池板附着到外壳的内部表面。作为第二个替代例子，太阳 能电池板可以设置在电子设备里面的内部结构，例如在印刷电路板上， 并且通常在太阳能电池板的前面设置该波长可选择反射光膜，例如通 过附着到电池板的前表面或替代地附着到外壳的外部或内部表面。作 为第三个例子，波长可选择反射光膜与外壳材料结合在一起，从而将 太阳能电池板设置在外壳的内部和/或内表面上，并且该波长可选择反 射光膜可集成外壳材料的里面和/或其一部分。外壳、膜和太阳能电池 板的其他替代排列根据本发明对于本领于普通技术人员是显而易见 的。
图8显示一示范性无线设备800，其外壳802支撑设置在该外壳 802的不同表面上的太阳能电池板阵列。在本发明中为了说明而去除了 设备800的前面。本例中的太阳能电池板被示为附着到外壳802的内 部表面804。通过设计来将外壳材料选择为对于太阳光照射820充分透 明，以与太阳能电池板806、 808、 810、 812、 814、 816、 818的响应 一致。太阳能电池板806、 808、 810、 812、 814、 816、 818单独地被 波长可选择反射光膜覆盖，其视觉上对设备800的用户具有吸引力和/ 或传递宣传信息。正如所示，在设备800的外壳802不同侧壁的内部 表面804上设置不同的太阳能电池板806、 808、 810、 812、 814、 816、 818。同样，在外壳里面安装支撑用于无线设备800的电路和电池832 的印刷电路板(电路支撑衬底)828。板828支撑电池832和电源调节电路830，该电源调节电路830将从太阳能电池板阵列806、 808、 810、 812、 814、 816、 818聚集的电能耦合到电子设备800的工作电路。如 上述论述，无线设备包括，例如，控制器/处理器840、存储器842、和 用户输入和输出接口电路844。板828也包括RF接口 846，其经由连 接器848通过同轴电缆与天线850耦合。通过使用大的太阳能电池板 阵列806、 808、 810、 812、 814、 816、 818，无线设备800在必要时可 为再充电电池聚集相当多的太阳能。这将明显地延长电池的电池寿命， 由此增强例如为图8中所示无线设备800的电子设备的商业竞争力。
尽管已经公开本发明的具体实施例，但是本领域的普通技术人员 会理解，不脱离本发明的精神和范围该具体实施例可以进行变化。本 发明的范围不受具体实施例的约束，因此，目的在于所附权利要求覆 盖本发明范围内的任何和所有这种应用、修改和实施。
权利要求
1. 一种电子设备，包括电源；电路，与该电源电耦合；太阳能电池板，与该电源电耦合；以及波长可选择反射光膜，被设置在该光膜的太阳能电池板前面，以在该光膜的前表面上在可见光范围内充分地反射预选择频带的太阳光照射频率，同时允许预选择频带之外的太阳光照射频率充分地通过该光膜并照射该太阳能电池板。
2. 根据权利要求1的所述电子设备，进一步包括 容纳该电路的外壳，并且其中该太阳能电池板与该外壳机械地耦合并被设置得允许该外壳外面的太阳光照射充分地照射该太阳能电池 板。
3. 根据权利要求2的所述电子设备，其中该太阳能电池板安装在 该外壳里面，至少一部分外壳对太阳光照射基本上光学透明，由此允 许该预选择频带之外的太阳光照射频率充分地通过该光膜和对太阳光 照射基本上是光学透明的该至少一部分外壳，并且照射该太阳能电池 板。
4. 根据权利要求1的所述电子设备，其中该光膜经由光学上透明 的粘合剂附着到该外壳的表面，并且该外壳的至少一部分对太阳光照 射基本上光学透明，由此允许该预选择频带之外的太阳光照射频率充 分地通过该光膜、该粘合剂和对太阳光照射基本上是光学透明的该至 少一部分外壳，并照射该太阳能电池板。
5. 根据权利要求1的所述电子设备，其中该光膜包括图标图案、 公司标识和图片中的至少一个。
6. 根据权利要求1的所述电子设备，其中该光膜对于该太阳光照 射覆盖少于太阳能电池板的整个前表面。
7. 根据权利要求1的所述电子设备，其中该光膜包括全息膜。
8. 根据权利要求1的所述电子设备，其中该光膜包括多层膜。
全文摘要
一种太阳能电池板安装排列、和电子设备、和无线设备，包括太阳能电池板(204)；和设置在光膜的太阳能电池板前面的波长可选择反射光膜(202)，以充分地反射可见光范围内预选择频带的太阳光照射频率(302)，同时允许预选择频带之外的太阳光照射频率(304)充分地通过光膜(202)并照射太阳能电池板(204)。光膜可包括图标图案、公司标识和图片中的至少一个，它们从光膜(202)的前面是可见的。该光膜(202)可包括全息膜。该光膜可包括多层膜。
文档编号H01L25/00GK101438407SQ200580044047
公开日2009年5月20日 申请日期2005年11月23日 优先权日2004年12月22日
发明者丹尼斯·G·安森, 李自力 申请人:摩托罗拉公司