太阳能天线阵列及其制造制造技术

一种太阳能天线阵列可以包括可以捕获并将太阳光转换成电力的天线阵列。用于建造太阳能天线阵列的方法使用模板和自对准半导体处理步骤来最小化成本。可以优化设计以捕获广谱的可见光和非偏振光。还可以执行从阵列测试和断开有缺陷的天线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】太阳能天线阵列及其制造相关申请的交叉引用本申请是2012年4月24日提交的申请号为13/454,155的美国专利申请的部分继续申请，该申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开的各个方面可以涉及用于将太阳能转换成电的可见光整流天线阵列的经济制造过程。
技术介绍
用于高频信号的交流(AC)至直流(DC)转换的整流器已知数十年。当联接到天线时称为整流天线(Rectenna)的特定类型的二极管整流器也已知数十年。更具体地，在20多年前，洛根(Logan)在1991年8月27日授权的美国专利5,043,739中描述了使用一排整流天线来捕获微波并将该微波转换成电能。然而，天线的尺寸受到频率限制，直到最近当格里茨(Gritz)在2010年3月16日授权的美国专利7,679,957中描述了使用类似结构将红外光转换为电能，以及彼得罗·西西利亚诺(PietroSiciliano)在“纳米整流天线用于太阳光高效率直接转换到电力(Nano-RectennaForHighEfficiencyDirectConversionofSunlighttoElectricity)：微电子与微系统研究所IMM-CNR(PietroSicilianoofTheInstituteforMicroelectronicsandMicrosystemsIMM-CNR)的彼得罗·西西利亚诺(PietroSiciliano)，莱切(Lecce)(意大利)”中建议这种结构可用于太阳光。然而，这种可见光整流天线所需的最小尺寸通常在几十纳米。虽然这些尺寸可以通过现今的深亚微米掩蔽技术来实现，但是这种处理通常比目前需要更大尺寸的太阳能电池工艺昂贵得多。然而，正如洛根(Logan)在美国专利5,043,739中指出的那样，微波整流器的效率可以高达40％，比典型的单结多晶硅太阳能电池阵列的高出一倍，以及当使用如彼得罗(Pietro)建议的金属氧化物金属(MOM)整流二极管，阵列核心中不需要半导体晶体管。因此，能够利用现今半导体制造的现有精细几何处理能力而不会导致这种制造成本可能是有利的。并且最近，莱斯大学(RiceUniversity)公布了他们的研究人员制造出了一种具有类金属导电与导热性能的碳纳米管线(CNT)。此外，如罗森伯格(Rosenberger)等人在2008年4月8日授权的美国专利7,354,877中所述的，单壁碳纳米管(SWCNT)结构变得越来越可制造。各种形式的连续CNT生长也被考虑到，例如勒梅尔(Lemaire)等人在2010年6月29日授权的美国专利7,744,793中不断收获的CNT“森林”，和/或使用普雷蒂森斯基(Predtechensky)等人在2012年3月20日授权的美国专利8,137,653中描述的技术进行实践。格里戈里安(Grigorian)等人在2008年10月7日授权的美国专利7,431,985中描述了连续推动碳气通过催化剂背衬多孔膜来使得CNT生长。此外，其他人已经考虑在各种结构中使用SWCNT，例如麦克·威廉姆斯(MikeWilliams)于2014年2月13日发布在网站http://news.rice.edu/2014/02/13/rices-carbon-nanotube-fibers-outperform-copper-2上的“莱斯的碳纳米管纤维优于铜(Rice’scarbonnanotubefibersoutperformcopper)”中所述的莱斯大学(RiceUniversity)的CNT线，泰森·温纳尔斯基在2010年3月30日授权的美国专利7,687,160中描述的磁性数据存储，特别是佐藤伊藤(TadashiIto)等人在2010年9月30日公布的美国专利公布2010/0244656中描述的基于天线的太阳能电池。然而，伊藤等人没有描述低成本地构建碳纳米管太阳能天线以有效转换太阳能的方法。
技术实现思路
本专利技术的各实施例可以涉及用于将太阳光转换成电的整流天线阵列的结构和/或制造这种结构的方法，其可以利用自对准工艺步骤和使用当前深亚微米IC掩蔽技术制造的模板来实现天线需要的精细尺寸。天线阵列的结构可以包括通过MOM二极管连接到正轨和负轨的一排天线。所述天线可以具有相等的长度，居中以最大限度地接收绿光。在一个实施例中，天线的排数可以在蓝光的最佳接收部分和红光的最佳接收部分之间沿着阵列来回递增地变化。这种最佳接收部分可以由半波长天线组成，其长度可以从220纳米变化到340纳米。整流天线阵列可以附接到固体背面，其可以包括用于将光反射回阵列的反射镜。其还可以用作接地平面，其中地面和天线阵列之间的距离以及它们之间的聚合物的介电常数可以形成用于可见光的理想的带状天线。在另一个实施例中，一对阵列可以夹在一起，使得天线的各层相互垂直。在一个实施例中，可以通过一系列掩蔽的各向异性V形槽蚀刻与随后的抗粘附沉积产生模板。该方法的步骤包括抛光抗蚀剂以允许硅的非凹槽部分被V形槽蚀刻。在另一个实施例中，可以在连续的金属沉积步骤中使用模板来制造整流天线阵列。当用作沉积靶时，模板可以是成角度的或平坦的，并且沉积可以远小于模板中的V形槽的深度。所得到的金属可以使用聚合物背衬材料从模板上剥离。然后可以将另外的层沉积在聚合物背衬的整流天线阵列上。在另一个实施例中，模板可以被重复地清洁并重复使用。在另一个实施例中，整流天线阵列可以具有冗余天线，其如果有缺陷可以通过阵列施加电力来断开天线。在另一个实施例中，碳纳米管天线可以在由V形槽模板形成的金属和金属氧化物纳米球的混合物组成的金属线之间生长。附图说明现在将结合附图描述本专利技术的各实施例，其中：图1是根据本专利技术一实施例的天线阵列的逻辑图，图2a，2b和2c是根据本专利技术一实施例的模板在其制造期间在Y方向上的横截面，图3a，3b，3c和3d是根据本专利技术一实施例的模板在其制造期间在X方向上的横截面，图4是根据本专利技术一实施例的模版的一部分的图，图5a，5b，5c和5d是根据本专利技术的一实施例的天线阵列在X方向上的横截面，图6a，6b和6c是根据本专利技术一实施例的天线阵列在其制造过程中沿Y方向的横截面，图7是根据本专利技术一实施例的天线阵列的一部分的横截面，图8是根据本专利技术一实施例的夹在一起的两个天线阵列的横截面，图9是根据本专利技术一实施例的天线阵列的一部分的俯视图，图10是根据本专利技术一实施例的夹在一起的两个天线阵列的俯视图，图11a和11b是根据本专利技术一实施例的具有缺陷的天线阵列在测试之前和之后的逻辑图，图12a，12b和12c是根据本专利技术一实施例的模板在其制造期间沿Y方向的横截面，图13a，13b，13c和13d是根据本专利技术一实施例的模版在其制造期间在X方向上的横截面，图14是根据本专利技术一实施例的模版的一部分的顶部剖视图，图15a至15f是根据本专利技术一实施例的天线阵列在制造期间在模板上的横截面，图16a，16b和16c是本专利技术一实施例的天线阵列在其制造期间从模板上移除之后的横截面，图17是根据本专利技术一实施例的天线阵列的另一逻辑图，图18a至18d是根据本专利技术一实施例的另一模板制造的横截面，图19a和19b是根据本专利技术的实施例的模板的部分的图，图20a至20d是本专利技术一实施例的天线阵列在其制造期间的横截面，图21本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能天线阵列，配置为将太阳光转换成电力，其特征在于，包括：均匀水平间隔开的交替的电力线和接地线，所述电力线和接地线具有倾斜的侧面，以及长度垂直变化的碳纳米管天线，所述碳纳米管天线连接在所述电力线和接地线之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.24 US 14/582,7471.一种太阳能天线阵列，配置为将太阳光转换成电力，其特征在于，包括：均匀水平间隔开的交替的电力线和接地线，所述电力线和接地线具有倾斜的侧面，以及长度垂直变化的碳纳米管天线，所述碳纳米管天线连接在所述电力线和接地线之间。2.如权利要求1所述的太阳能天线阵列，其特征在于，所述电力线和接地线还包括导电金属。3.如权利要求2所述的太阳能天线阵列，其特征在于，所述导电金属包括选自下组的至少一种：金、银、铂、铜和铝。4.如权利要求2所述的太阳能天线阵列，其特征在于，所述电力线和接地线还包括催化球。5.如权利要求3所述的太阳能天线阵列，其特征在于，所述催化球包括涂有氧化物的磁性导电金属。6.如权利要求5所述的太阳能天线阵列，其特征在于，所述导电催化球包含至少一种选自下组的物质：镍、铁和钴。7.如权利要求1所述的太阳能天线阵列，其特征在于，所述不同长度的天线被配置为覆盖光谱的至少两个区域。8.如权利要求1所述的太阳能天线阵列，其特征在于，所述不同长度的天线在至少两个方向上局部对齐。9.如权利要求8所述的太阳能天线阵列，其特征在于，所述两个方向彼此垂直。10.一种建造太阳能天线阵列的方法，其特征在于，所述方法包括：在硅晶片上创建模板，在所述模板上沉积金属和绝缘聚合物层，将所述阵列从所述模板分离，在催化球和金属的带相反电荷的线之间生长碳纳米管，以及移除有缺陷的碳纳米管。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，创建模板包括：暴露涂覆在硅晶片上的抗蚀剂中的线的图案，在所述线的图案上执行第一V形槽蚀刻以获得第一V形槽，用氮化硅涂覆第一V形槽，从硅晶片的未蚀刻表面去除氮化硅，在未蚀刻的表面上执行第二V形槽蚀刻以获得一个或多个第二V形槽，以及用氮化硅或碳化硅中的至少一种涂覆晶片第二层。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述硅晶片是掺磷硅晶片，并且所述第一V形槽蚀刻包括掺氮扩散。13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，涂覆的第一V形槽和第二V形槽具有共...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·H·库克，W·J·艾伦，
申请(专利权)人：诺瓦瑟雷克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US