BR112015007125B1 - Aparelho e método para prover funcionalidade fotovoltaica - Google Patents

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Abstract

APARELHO E MÉTODO. Um aparelho e método são aqui descritos, utilizados para prover energia ou funcionalidade fotovoltaica para um display ou dispositivo contendo um display sem impactar a percepção visual do display. O elemento fotovoltaico seletivo do comprimento de onda (WPV) é visivelmente transparente, assim, absorve seletivamente picos de emissão visível em volta (ou reflexo) gerados pelo display. O material fotovoltaico é capaz de cobrir uma parte ou toda a área da superfície do display, sem substancialmente bloquear ou impactar perceptivelmente ou afetar a emissão (ou reflexo) do conteúdo do display. A luz incidente que é absorvida pelo elemento fotovoltaico é então convertida em energia elétrica para fornecer energia para o dispositivo, por exemplo.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
[001] Este pedido de patente reivindica o benefício do pedido de patente provisório norte-americano n° 61/708, 389, depositado em 1 de outubro de 2012, os conteúdos deste são incorporados aqui como referência.
CAMPO DA INVENÇÃO
[002] Este pedido de patente é relacionado ao uso de dispositivos fotovoltaicos para dispositivos ou eletrônicos.
HISTÓRICO
[003] Dispositivos móveis, tais como dispositivos de leitura eletrônicos, tablets, telefones celulares, dispositivos eletrônicos portáteis (por exemplo, relógios, smartwatch, e óculos de visão eletrônica), e similares, usam energia de bateria que precisa ser carregada quase diariamente, se não em períodos mais curtos. As células fotovoltaicas estão sendo usadas para complementar a vida da bateria e diferentes abordagens têm sido utilizadas para incorporar as células fotovoltaicas na estrutura do dispositivo móvel incluindo o display. Em uma abordagem exemplar, as células fotovoltaicas semitransparentes, que absorvem luz visível, são depositadas no display. Em outra abordagem, as camadas fotovoltaicas opacas são segmentadas em torno do display na forma de tiras ou para formar aberturas entre as quais a luz do display atravessa.
[004] Em geral, um display dentro de tal dispositivo móvel permite que o olho humano detecte imagens e texto na forma de luz visível. Esta luz visível é levada até o olho a partir do display na forma de emissão de luz (diodo emissor de luz (LED) ou displays de cristal líquido (LCD)) ou reflexo de luz (displays eletroforéticos ou tinta/corantes impressos em um substrato de papel).
[005] As abordagens descritas levam a displays, que sofrem ou de (1) desempenho diminuído (por exemplo, baixa luminância, baixa resolução, etc.) devida à luz do display ser absorvida ou bloqueada pelos materiais PV não- transparentes, ou (2) ter somente uma pequena área de superfície de material fotovoltaico que para um dado tipo de célula, é proporcional à quantidade total de energia gerada.
SUMÁRIO
[006] Um aparelho e método são aqui descritos, utilizados para fornecer energia ou funcionalidade fotovoltaica para um display ou dispositivo contendo um display sem impactar a percepção visual do display. O elemento fotovoltaico de comprimento de onda seletivo (WPV) é visivelmente transparente, assim, absorve seletivamente picos de emissão visível em volta (ou reflexo) gerados pelo display. O material fotovoltaico é capaz de cobrir uma parte ou toda a área da superfície do display em adição a quaisquer partes não-pertencentes ao display, sem substancialmente bloquear ou impactar perceptivelmente ou afetar a emissão (ou reflexo) do conteúdo do display. A luz incidente que é absorvida pelo elemento fotovoltaico é então convertida em energia elétrica para fornecer energia para o dispositivo ou um dispositivo adjacente.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[007] A Figura 1A mostra uma absorção exemplar de uma absorção da célula fotovoltaica visivelmente transparente sobreposta com uma emissão do display ou reflexo exemplar.
[008] A Figura 1B mostra outra absorção exemplar de uma absorção da célula fotovoltaica visivelmente transparente sobreposta com uma emissão do display ou reflexo exemplar;
[009] A Figura 1C mostra uma absorção exemplar de uma absorção WPV sobreposta com uma emissão do display ou reflexo exemplar;
[010] A Figura 2 mostra uma pilha de display de luz refletiva exemplar com uma célula fotovoltaica de comprimento de onda seletivo (WPV);
[011] A Figura 3A mostra uma pilha de display emissor de luz com uma WPV;
[012] A Figura 3B mostra um exemplo de picos de emissão desejados quando uma WPV age como um filtro de cor;
[013] A Figura 4 mostra um gráfico exemplar do desempenho relativo de uma WPV de ultravioleta/infravermelho próximo seletivo (UV/NIR) sob diversas intensidades de iluminação solar;
[014] As Figuras 5A-5C mostram exemplos do desempenho relativo de uma WPV de UV/NIR seletiva sob diversas fontes de luz artificial;
[015] As Figuras 6A e 6B mostram uma realização de uma WPV incorporada em um display de dispositivo eletrônico como uma capa ou cobertura;
[016] As Figuras 7A-7F mostram diferentes vistas de uma capa em um estado desacoplado;
[017] As Figuras 8A-8F mostram diferentes vistas de uma capa em um estado acoplado;
[018] A Figura 9 mostra uma vista frontal de uma realização de uma capa;
[019] A Figura 10 mostra uma vista traseira de uma realização de uma capa;
[020] A Figura 11 mostra um diagrama seccional cruzado de uma realização de uma capa;
[021] A Figura 12 mostra um exemplo de diagram de nível superior dos eletrônicos e funcionalidade dos eletrônicos;
[022] A Figura 13 mostra uma realização exemplar de uma capa incluindo um módulo WPV e conectores elétricos;
[023] A Figura 14 é uma realização exemplar de uma WPV que ilustra um padrão de sobreposição da camada do dispositivo;
[024] A Figura 15 mostra um desempenho total do módulo de corrente-tensão exemplar;
[025] A Figura 16 mostra uma vista exemplar dos conectores elétricos em uma realização de uma capa;
[026] A Figura 17 mostra outra vista exemplar dos conectores elétricos em uma realização de uma capa;
[027] As Figuras 18A-18C mostram conexões com fio exemplares em uma capa incluindo um módulo WPV;
[028] As Figuras 19A e 19B mostram um modulo WPV e uma capa em um estado elevado ilustrando o encapsulamento fotovoltaico;
[029] A Figura 20 ilustra a demonstração de produção de energia a partir de uma capa WPV na luz ambiente;
[030] As Figuras 21A e 21B mostram uma realização de um dispositivo móvel que inclui uma WPV integrada; e
[031] As Figuras 22A-22E mostrando um revestimento de WPV integrado exemplar dentro de um display refletivo.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[032] Deve ser entendido que as figuras e descrições das realizações de um dispositivo, elemento ou componente fotovoltaico de comprimento de onda seletivo (WPV), foram simplificadas para ilustrar os elementos que são relevantes para um entendimento claro, ao mesmo tempo em que eliminamos muitos outros elementos encontrados em tais eletrônicos e conjuntos, para o propósito de clareza. Os técnicos no assunto podem reconhecer que outros elementos e/ou etapas são desejáveis e/ou necessários na implementação do dispositivo, elemento ou componente WPV. No entanto, devido a tais elementos e etapas serem bem conhecidos na técnica, e devido a não facilitarem um melhor entendimento do dispositivo, elemento ou componente WPV, uma discussão de tais elementos e etapas não é provida aqui.
[033] As realizações não limitativas aqui descritas são com relação ao dispositivo, elemento ou componente WPV. As realizações e variações aqui descritas, e/ou mostradas nos desenhos, são apresentadas somente a título de exemplo e não são limitativas ao escopo e espírito da invenção. O dispositivo, elemento ou componente WPV pode ser usado em um número de aplicações. As partes aplicáveis podem ser feitas usando métodos de fabricação mostrados na Publicação de Patente Norte-Americana N° 20110010911, intitulada “METHODS AND APPARATUS FOR LIGHT HARVESTING IN DISPLAYS”, depositado em 23 de junho de 2010 e publicado em 20 de janeiro de 2011; e na Publicação de Patente Norte- Americana N° 20120186623, intitulada “TRANSPARENT PHOTOVOLTAIC CELLS”, depositado em 25 de janeiro de 2012 e publicado em 26 de julho de 2012; e Pedido de Patente Norte- Americana N° 13/495,379, intitulado “VISIBLY TRANSPARENT LUMINESCENT SOLAR CONCENTRATOR”, depositado em 13 de junho de 2012, os conteúdos destes são incorporados aqui como referência nas suas integralidades conforme estabelecido aqui. Em algumas realizações, a WPV é uma PV transparente (TPV), e a TPV é uma TPV de luz visível ou visivelmente. Em geral, a WPV pode ser construída a partir de uma PV orgânica (entre outros), uma PV molecular, um concentrador solar luminescente, PV de nanocristal semicondutor, ou uma PV inorgânico, a PV também pode incluir corantes moleculares e semicondutores do grupo de ftalocianinas, naftalocianinas, porfirinas, fulereno, e nanotubos de carbono.
[034] É revelado aqui um dispositivo utilizado para fornecer energia para dispositivos com displays, incluindo, por exemplo, dispositivos móveis, dispositivos eletrônicos de leitura, tablets, telefones celulares, dispositivos portáteis, (por exemplo, relógios, smartwarch, e óculos de visão eletrônica), dispositivos eletrônicos portáteis, sinalização externa, sinalização de prédios, sinalização de tráfego e similares. O dispositivo incorpora uma WPV posicionada sobre o display do dispositivo. A WPV pode transmitir seletivamente uma parte da luz visível, enquanto absorve e converte para eletricidade uma parte da luz ultravioleta e infravermelha. Como descrito abaixo, em algumas realizações, a WPV pode assumir a forma de uma capa, cobertura ou outra estrutura similar que faça interface com entradas elétricas, tal como uma entrada USB (Universal Serial Bus) ou outras entradas similares do dispositivo móvel a fim de prover alimentação ou energia para a bateria ou outros componentes dentro do dispositivo ou dispositivos adjacentes. Em outras realizações, a WPV pode assumir um formato mais integrado com a pilha de display do dispositivo. Para propósitos de ilustração, os exemplos são aqui descritos com relação aos dispositivos móveis, mas são igualmente aplicáveis a outros dispositivos tendo displays...
[035] Uma WPV aqui descrita pode ser posicionada com relação a um display ou integrada a um display, no qual o material fotovoltaico absorve seletivamente em torno dos picos de emissão (ou reflexo) gerados pelo display. Assim, o material fotovoltaico é capaz de cobrir uma parte ou toda a área da superfície do display, sem substancialmente bloquear ou impactar perceptivelmente ou afetar a emissão (ou reflexo) do conteúdo do display. Em algumas realizações, o material fotovoltaico também pode cobrir partes não pertencentes ao display do dispositivo tendo o display. Somente para propósitos de ilustração, a parte não pertencente ao display pode ser uma moldura, borda, parte de trás ou lateral, por exemplo. A luz absorvida pelo material fotovoltaico pode originar-se ou de dentro do display ou a partir da luz incidente no display a partir do ambiente externo. A ação fotovoltaica gerada a partir desta WPV pode ser usada para fornecer energia para o dispositivo ou algum dispositivo adjacente. Isto poderia ser através da carga de uma bateria ou capacitor, ou diretamente conduzindo componentes eletrônicos específicos, por exemplo. Em algumas realizações, a WPV pode ser integrada com alguma forma de eletrônico elétrico para regular a tensão e geração de corrente.
[036] Em outras realizações, a WPV pode ser adicionalmente utilizada para função de detecção. Neste caso, a WPV pode ser pixelada ou segmentada ao longo da área do display para prover regiões de detecção únicas, nas quais a tensão e geração de corrente de cada região pode variar dependendo de quais regiões estão sombreadas ou parcialmente sombreadas da luz incidente do ambiente externo, por exemplo, por uma mão ou um dedo.
[037] Em geral, um display permite que o olho humano detecte imagens e texto na forma de luz visível (isto é, fótons com comprimento de onda de cerca de 450 nanômetros a cerca de 650 nanômetros). A luz visível pode ser levada ao olho humano a partir do display na forma de emissão de luz (por exemplo, entre outros, diodo emissor de luz (LED), display de cristal líquido (LCD), LED orgânico (OLED) ou similares) ou reflexo de luz (por exemplo, entre outros, displays eletroforético, eInk, tintas/corantes impressos em um substrato de papel, ou similares). Em muitos casos, esta emissão ou reflexo de luz do display pode ser solucionada em múltiplos picos ou faixas de comprimento de onda distintas. Por exemplo, um display de LED ou LCD comum tem um pico de vermelho (635-700 nm), um pico de verde (490-560 nm), e um pico de azul (450-490 nm). Estes picos são combinados para criar a percepção de um espectro total das cores do display.
[038] Assim, para manter a visibilidade do display nesta invenção, a WPV que é incorporada dentro ou acima do display tem um ou mais picos de absorção (com mínimo de transmissão correspondente) estruturados seletivamente em torno dos picos gerados pela emissão ou reflexo do display (onde a WPV tem mínimo de absorção local e máximo de transmissão correspondentes). A absorção seletiva da WPV deve ser entendida significando que a magnitude do pico de absorção da WPV é maior que a magnitude da absorção da WPV nos comprimentos de onda nas regiões onde o display tem emissão ou reflexo significante.
[039] Como percebido acima, uma TPV é um tipo de WPV e é utilizada aqui para propósitos de ilustração somente e não limita ou restringe o termo WPV. A Figura 1A mostra uma absorção exemplar, somente para propósitos de ilustração, da absorção de uma TPV visivelmente sobreposta com uma emissão ou reflexo do display exemplar, exemplos que estão descritos acima. Nesta realização, a TPV visivelmente tem somente dois picos de absorção fora da parte visível do espectro (acima de 450-650 nm): um no ultravioleta (UV) (abaixo de 450 nm) e um acima do infravermelho próximo (NIR) (acima de cerca de 650 nm), no qual a magnitude dos picos de absorção do material TPV são maiores que a magnitude da absorção do material TPV em qualquer comprimento de onda entre cerca de 450 e 650 nanômetros (a região transparente (região sombreada)). A WPV em geral, e nesta realização, a TPV converte a luz absorvida em energia elétrica.
[040] O display pode ser visualizado pelo usuário enquanto a WPV está coletando energia da luz para alimentar alguma parte do dispositivo (por exemplo, uma bateria ou outra função). A visibilidade é possível através da emissão de luz visível do display, que é capaz de atravessar a WPV para o olho do espectador, ou através do reflexo da luz ambiente, que é capaz de atravessar a WPV para o dispositivo e ser refletida de volta para a WPV até o olho do leitor.
[041] A Figura 1B mostra outra absorção exemplar, somente para propósitos de ilustração, de uma absorção da TPV visivelmente sobreposta com uma emissão ou reflexo do display exemplar para uma PV molecular com base em semicondutores de fulereno C60 e ftalocianina de cloro alumínio (ClAch), como descrito na Publicação de Patente Norte-Americana N° 20120186623, intitulada “TRANSPARENT PHOTOVOLTAIC CELLS”, depositada em 25 de janeiro de 2012 e publicada em 26 de julho de 2012, os conteúdos desta estão aqui incorporados como referência na sua integralidade como estabelecidos aqui.
[042] A Figura 1C mostra uma absorção exemplar de uma absorção WPV sobreposta com uma emissão ou reflexo do display exemplar; A Figura 1C é um exemplo generalizado de outras combinações de emissão do display acoplado à absorção WPV complementar, mas não é limitado às combinações exemplares mostradas. Neste exemplo, o display tem três máximos de emissão (que também definem 4 regiões de absorção mínima). A absorção do material WPV é projetada com um a quatro picos/faixas de absorção complementar (e respectivos mínimos): 1) pico ou faixa de absorção nos comprimentos de onda abaixo do primeiro pico/faixa de emissão do display; 2) pico ou faixa de absorção nos comprimentos de onda entre o primeiro e segundo picos/faixas de absorção da emissão do display; 3) pico ou faixa de absorção nos comprimentos de onda entre o segundo e terceiro picos/faixas de emissão do display; e 4) pico ou faixa de absorção nos comprimentos de onda acima do terceiro pico/faixa de emissão do display. O número de máximos de emissão é mostrado somente para propósitos de ilustração e o número é variável com relação ao display.
[043] A Figura 2 mostra uma pilha de display exemplar do tipo refletiva 200 com uma WPV 205. A WPV 205 sobrepõe uma unidade de display refletivo (RDU) 210, que pode ser um eInk eletroforético e similares, por exemplo. Em uma realização, a pilha do display 200 pode incluir ainda camadas de exibição acima da WPV 215, que pode ser uma ou uma combinação de um painel sensível ao toque, camadas ópticas, camadas de barreira, camadas antirreflexo, unidade de luz frontal, lente frontal e similares. Em outra realização, a pilha do display 200 pode incluir camadas de exibição abaixo da WPV 22 0, que pode ser uma ou uma combinação de painel sensível ao toque, camadas ópticas, camadas antirreflexo, unidade de iluminação, filtro de cor, e similares. Em outra realização, a pilha de display 200 pode incluir camadas de exibição 215 e 220, conforme apropriado ou aplicável.
[044] Em uma realização, a WPV 205 é um componente distinto dentro da pilha de display 200. Em outra realização, a WPV 205 é um componente destacável por remoção distinta na parte externa da pilha de display 200. Por exemplo, uma capa, uma cobertura ou qualquer estrutura similar. Em outra realização, a WPV 205 é um revestimento ou uma camada existente na pilha de display 200, onde a camada existente pode ser uma camada de painel sensível ao toque, camadas ópticas, camadas de barreira, camadas antirreflexo, unidade de luz frontal, lente frontal, unidade de exibição, e similares, por exemplo. Em outra realização, a WPV 205 pode ser incorporada em uma camada existente na pilha de display 200, onde a camada existente pode ser uma camada de painel sensível ao toque, camadas ópticas, camadas de barreira, camadas antirreflexo, unidade de luz frontal, lente frontal, unidade de exibição, e similares, por exemplo.
[045] Na pilha de display de luz refletiva 200, o display funciona refletindo a luz visível ambiente de volta para o olho do espectador 225. A WPV 205 permite que uma parte significante desta luz visível seja transmitida, assim mantendo a função do display, enquanto absorve seletivamente uma parte significante da luz não-visível incidente (por exemplo, UV ou NIR) para converter em energia elétrica (como representado na Figura 2 pela seta sólida transicionando em uma seta pontilhada).
[046] A Figura 3A mostra uma pilha de display do tipo emissora 300 com uma WPV 305. A WPV 305 sobrepõe uma unidade de exibição emissora (EDU) 310, que pode ser LCD, OLED, LED e similares, por exemplo. Em uma realização, a pilha de display 300 pode incluir ainda camadas de exibição acima da WPV 315, que pode ser uma ou uma combinação de um painel sensível ao toque, camadas ópticas, camadas de barreira, camadas antirreflexo, unidade de luz frontal, lente frontal e similares. Em outra realização, a pilha de display 300 pode incluir camadas de exibição abaixo da WPV 320, que pode ser uma ou uma combinação de painel sensível ao toque, camadas ópticas, camadas antirreflexo, unidade de iluminação, filtro de cor, e similares. Em outra realização, a pilha de display 300 pode incluir camadas de exibição 315 e 320, conforme apropriado e aplicável.
[047] Em uma realização, a WPV 305 é um componente distinto dentro da pilha de display 300. Em outra realização, a WPV 305 é um componente destacável por remoção distinto na parte externa da pilha de display 300. Por exemplo, uma capa, uma cobertura ou outra estrutura similar. Em outra realização, a WPV 305 é um revestimento ou uma camada existente na pilha de display 300, onde a camada existente pode ser uma camada de painel sensível ao toque, camadas ópticas, camadas de barreira, camadas antirreflexo, unidade de luz frontal, lente frontal, unidade de exibição, e similares, por exemplo. Em outra realização, a WPV 305 pode ser incorporada em uma camada existente na pilha de display 300, onde a camada existente pode ser uma camada de painel sensível ao toque, camadas ópticas, camadas de barreira, camadas antirreflexo, unidade de luz frontal, lente frontal, unidade de exibição, e similares, por exemplo. A Figura 3B mostra um exemplo de picos de emissão desejados quando uma WPV age como um filtro de cor. Neste exemplo, a luz de retorno é filtrada pela absorção WPV para produzir os picos de emissão desejados.
[048] Na pilha de display do tipo emissora 300, o display funciona emitindo luz a partir da unidade de exibição para o olho do espectador 325. A WPV 305 permite que uma parte significante desta luz visível seja transmitida, assim mantendo a função do display, enquanto absorve seletivamente uma parte significante da luz não-visível incidente externamente (por exemplo, UV ou NIR) para converter em energia elétrica (como representado na Figura 3A pela seta sólida transicionando em uma seta pontilhada).
[049] Em algumas realizações, o dispositivo será exposto em diversos ambientes de iluminação diferentes, e assim, a WPV pode ser usada para coletar luz solar direta, luz solar ambiente e/ou luz artificial. A geração de energia da WPV variará com base na intensidade de iluminação e espectro de iluminação. A WPV pode ser projetada de forma ótima para diversas condições de iluminação modificando a resposta/absorção espectral dos semicondutores WPV para corresponder a fonte de luz de interesse. A Figura 4 mostra um gráfico exemplar do desempenho relativo de uma TPV de UV/NIR seletiva, como descrito na Publicação de Patente Norte-Americana N° 20120186623, intitulada “TRANSPARENT PHOTOVOLTAIC CELLS”, depositada em 25 de janeiro de 2012 e publicada em 26 de julho de 2012, os conteúdos desta estão aqui incorporados como referência na sua integralidade, sob diversas intensidades de iluminação solar, correspondente a luz solar direta (100 mW/cm2) e luz solar ambiente com intensidade de iluminação mais baixa (<100 mW/cm2), em que PCE = eficiência da conversão de energia, FF = fator de preenchimento, Voc = tensão de circuito aberto e Jsc = corrente de curto circuito. As Figuras 5A-5C mostram exemplos do desempenho relativo de uma unidade fotovoltaica de UV/NIR seletiva sob diversas fontes de luz artificial, incluindo uma lâmpada incandescente na Figura 5A, uma lâmpada de LED em 5B e uma lâmpada fluorescente na Figura 5C...
[050] As Figuras 6A e 6B mostram uma realização de uma WPV incorporada como uma capa 600 para um dispositivo móvel 605 em uma configuração desacoplada e em uma configuração acoplada, respectivamente. Por exemplo, a capa 600 pode ser um dispositivo não-original que pode ser usado com qualquer tipo de dispositivo móvel. Em algumas realizações, a capa 600 pode ser feita de plástico, metal, material flexível e similares.
[051] As Figuras 7A-7F mostram diferentes vistas de uma capa 700 em um estado desacoplado. A Figura 7A mostra uma vista frontal da capa 700 representando uma área para eletrônicos de alimentação e conectividade elétrica (705) com um dispositivo. A Figura 7B mostra uma vista lateral da capa 700 representando abas de encaixe 710 ou estruturas de encaixe e fixação similares para ligação com o dispositivo móvel. As Figuras 7C e 7D mostram vistas superior e inferior da capa 700. A Figura 7E mostra uma vista traseira da capa 700 representando abas de encaixe 710 ou estruturas de encaixe e fixação similares para ligação com o dispositivo móvel. A Figura 7F mostra uma vista lateral da capa 700 representando abas de encaixe 710 ou estruturas de encaixe e fixação similares para ligação com o dispositivo móvel. As Figuras 8A-8F mostram diferentes vistas de uma capa 800 instalada em um dispositivo móvel 805.
[052] A Figura 9 mostra uma vista frontal de uma capa 900 ilustrando uma área de exibição 905 para um módulo ou conjunto fotovoltaico transparente e uma área 910 para eletrônicos de alimentação e conectividade elétrica com um dispositivo móvel conforme aqui descrito. A Figura 10 mostra uma vista traseira de uma capa 1000 ilustrando as abas de encaixe 1005 que podem ser alinhadas com a parte superior de um dispositivo móvel, uma área de exibição 1010 para o módulo fotovoltaico transparente, uma borda 1015 para suporte do módulo fotovoltaico transparente por meio de adesivo ou epóxi, fendas 1020 em um lado esquerdo e direito para a fiação da parte superior do módulo fotovoltaico transparente para conectividade elétrica inferior, e uma cavidade de fundo 1025 para alojar o dispositivo móvel e a conectividade eletrônica.
[053] A Figura 11 mostra um diagrama seccional cruzado ao longo da linha A-A’ da capa 800 ligada a um dispositivo móvel 805 conforme mostrado na Figura 8E. Em particular, a Figura 11 mostra uma capa 1100 ligada a um dispositivo móvel 1105. A capa 1100 inclui um módulo ou conjunto WPV 1110 que é conectado a uma seção da borda 1115 usando, por exemplo e entre outros, cola, ligação mecânica ou similares (1120). A seção da borda 1115 inclui ainda uma cavidade 1117 para colocação de fios e/ou eletrônicos 1119. Os fios 1119, por exemplo, conforme mostrado na Figura 10, são guiados através das fendas 1020 para conectar os eletrônicos e conectores na cavidade de fundo 1025.
[054] O módulo ou conjunto WPV 1110 inclui uma WPV 1125 sobreposta em um substrato, por exemplo, uma lente de fundo 1130. Outro substrato, por exemplo, uma lente superior 1135 é fisicamente isolada, mas posicionada sobre a WPV 1125. Em algumas realizações, uma lacuna é mantida entre a lente superior 1135 e a TPV 1125, uma vedação de epóxi da área é usada entre a lente superior 1135 e a WPV 1125 ou um gel correspondente é usado entre a lente superior 1135 e a WPV 1125 (1137), para separar e dar suporte à lente superior 1135 com relação a WPV 1125. A lente superior 1135 é conectada à borda 1115 conforme descrito acima. Um eletrodo 1140 é conectado à WPV 1125 e conectada aos fios 1119 através de soldagem ou conexão elétrica similar 1145. O eletrodo, por exemplo, pode ser um eletrodo de filme fino ou similar. Uma vedação de epóxi 1150 ou similar é usada para conectar, dar suporte e separar a lente superior 1135 com relação ao eletrodo 1140. Nas realizações aqui descritas, os substratos podem ser de plástico vidro ou flexíveis. Em outra realização, a superfície traseira do módulo WPV pode incluir um adesivo ou mecanismo de texturização para fazer interface com o display do dispositivo móvel corresponder ao índice de refração e/ou reduzir o brilho.
[055] A Figura 12 mostra um diagrama de nível superior exemplar dos eletrônicos e funcionalidade dos eletrônicos com relação às realizações aqui descritas. Um módulo WPV 1200 é conectado a um módulo eletrônico 1210, que por sua vez é conectado a um módulo de gestão de energia 1220. O módulo de gestão de energia 1220 é conectado aos eletrônicos do dispositivo 1230 e um dispositivo de armazenamento de energia 1240 no dispositivo móvel. Em particular, a energia elétrica gerada pelo módulo WPV 1200 pode ser usada para carregar o dispositivo de armazenamento de energia 1240 dentro do dispositivo móvel (tal como uma bateria ou capacitor), ser usada para alimentar diretamente os eletrônicos dentro do dispositivo (1240), ou ambos. Em algumas realizações, o módulo eletrônico 1210 pode conter conversores boost e/ou conversor buck para converter a tensão DC provida pelo módulo WPV 1200 para um nível adequado para utilização dentro do dispositivo móvel (por exemplo, para a bateria ou o capacitor, e/ou para alimentar funções eletrônicas específicas dentro do dispositivo). O módulo de eletrônicos 120 também pode incluir o monitoramento de potência máxima (MPPT) para operar de forma ótima o módulo WPV 1200 dependendo das condições de iluminação e desempenho da corrente-tensão fotovoltaica resultante. A geração de energia PV convertida pode então ser direcionada para a unidade de gestão de energia 1220 para carregar o dispositivo de armazenamento de energia 1230 para uso posterior, ou fornecer energia para utilização imediata do dispositivo (1240).
[056] A Figura 13 mostra uma realização exemplar de uma capa 1300 incluindo um módulo WPV 1310 e conectores elétricos 1320. As Figuras 16 e 17 mostram vistas diferentes dos conectores elétricos 1320 da Figura 13. Os conectores elétricos 1320 podem ser qualquer conector elétrico, por exemplo, entre outros, entradas USB, postes, plugues, soquetes, e similares.
[057] Em uma realização, como ilustrado nas Figuras 13 e 14, o material fotovoltaico pode consistir de células fotovoltaicas individuais que estão conectadas em bloco ou conectadas de outra maneira em alguma combinação de série e conexões paralelas. O material fotovoltaico pode ser padronizado por meio do mascaramento de sombra, gravação, gravação a laser ou litografia para padronizar um eletrodo de fundo, camadas ativas e o eletrodo superior. A padronização aditiva é realizada de forma que as interconexões entre anodo-catodo sejam formadas entre células individuais integradas em série e interconexões anodo-anodo ou catodo- catodo são formadas entre as células integradas paralelas. Geralmente, as células integradas em série resultarão em uma soma aproximada das tensões da célula individual, enquanto as subcélulas integradas paralelas resultarão em uma soma aproximada das correntes da célula individual. A área entre as subcélulas deve ser minimizada a fim de maximizar a geração de energia e minimizar a percepção visual. Em algumas realizações, diodos paralelos e de bloqueio podem ser incorporados para prevenir a descarga do buffer de tensão e efeitos de sombreamento, respectivamente, onde os diodos podem ser integrados prontamente em torno da parte periférica do arranjo sem um impacto visual com o design do arranjo apropriado.
[058] A Figura 14 é uma realização exemplar, somente para propósitos de ilustração, de uma WPV 1400 que ilustra um padrão de sobreposição da camada do dispositivo incluindo um eletrodo de fundo 1405, camadas ativas 1410 e eletrodo superior 1415. A WPV 1400 é um módulo de arranjo consistindo de 238 subcélulas integradas em série. Em geral, as células integradas em série resultarão em uma soma aproximada de tensões de célula individuais, enquanto a corrente será correspondida através de cada uma das subcélulas. Isto é mostrado na Figura 15, em que um desempenho da corrente-tensão do módulo total é caracterizado, bem como o desempenho da sub célula individual. Na intensidade solar de 0,025, uma tensão de circuito aberto da sub célula de 0,35 V e uma tensão de circuito aberto do módulo total de 58V. Dada a expectativa da soma da tensão, isto corresponde a aproximadamente 70% da produção da sub célula ao longo do módulo de 140 cm2. A corrente através da sub célula também corresponde à corrente ao longo de todo o módulo.
[059] As Figuras 18A-18C mostram conexões com fio exemplares em uma capa 1800 incluindo um módulo WPV 1805.O módulo WPV 1805 é encapsulado e/ou selado nas bordas (1810) em uma estrutura ou borda de capa 1815. Os fios elétricos 1820, que são conectados ao módulo WPV 1805 usando solda, adesivo ou epóxi condutor (1825) e são passados ao longo da vedação da borda ou encapsulamento 1810 e ligadas por fio aos conectores elétricos em um compartimento de fundo 1830 através de guias 1835. As Figuras 19A e 19B mostram um módulo WPV 1900 e uma capa 1910 em um estado elevado ilustrando o encapsulamento fotovoltaico. A Figura 20 ilustra a demonstração da produção de energia (tensão DC de circuito aberto) a partir de uma capa WPV 2000 em luz ambiente.
[060] As Figuras 21A e 21B mostram uma realização de um dispositivo móvel 2100 que inclui uma WPV integrada 2105 em um estado desmontado e em um estado montado, respectivamente. A WPV integrada 2105 pode ser uma camada em uma pilha de display ou incorporada em uma camada de exibição na pilha de display. A presente descrição com relação a WPV incorporada como uma capa é igualmente aplicável à realização integrada. A implementação da realização integrada utiliza as técnicas aqui descritas adicionalmente a outras técnicas de implementação conhecidas pelos técnicos no assunto e não são aqui descritas...
[061] As Figuras 22A-22E mostram, somente para propósito de ilustração, dispositivos eletrônicos exemplares tendo displays do tipo refletivo (por exemplo, eletroforético) com revestimento de WPV integrados. A Figura 22A é um dispositivo eletrônico de linha de base exemplar sem nenhum dispositivo PV ligado a ele. A Figura 22B é um dispositivo eletrônico exemplar com uma PV absorvente visivelmente ou não transparente. Como mostrado, existe uma diferença de percepção visível entre as Figuras 22A e 22B. As Figuras 22C-22E mostram exemplos de dispositivos eletrônicos com TPVs visivelmente com absorção UV/NIR seletiva em graus variantes. Como mostrado, a diferença de percepção é substancialmente minimizada usando as PVs de comprimento de onda seletivo de acordo com a presente descrição acima.
[062] Conforme aqui descrito, os métodos descritos não são limitados a nenhum elemento(s) particular que desempenha qualquer função(ões) particular e algumas etapas dos métodos apresentados não necessariamente ocorrem na ordem mostrada. Por exemplo, em alguns casos de duas ou mais etapas do método podem ocorrer em uma ordem diferente ou simultaneamente. Adicionalmente, algumas etapas dos métodos descritos podem ser opcionais (mesmo se não explicitamente estabelecido como opcional) e, portanto, podem ser omitidas. Estas e outras variações dos métodos revelados aqui serão prontamente aparentes, especialmente em vista da descrição da WPV e quaisquer eletrônicos associados aqui descritos, e são consideradas a estarem dentro do escopo completo da invenção.
[063] Apesar de aspectos e elementos serem descritos acima em combinações particulares. Cada aspecto ou elemento pode ser usado sozinho sem outros aspectos e elementos ou diversas combinações com ou sem outros aspectos ou elementos.

Claims (16)

1. APARELHO, caracterizado por compreender: um módulo fotovoltaico visivelmente transparente separado e adaptado para posicionamento sobre um display de um dispositivo, o módulo fotovoltaico visivelmente transparente incluindo uma ou mais células fotovoltaicas orgânicas visivelmente transparentes, em que cada célula fotovoltaica orgânica visivelmente transparentes é configurada da mesma maneira para: absorver luz em um primeiro pico de absorção, incluindo comprimentos de onda infravermelhos maiores que 650 nanômetros, em que uma magnitude do primeiro pico de absorção é maior que a absorção pela célula fotovoltaica orgânica visivelmente transparente a qualquer comprimento de onda entre 450 nanômetros e 650 nanômetros, absorver luz em um segundo pico de absorção incluindo comprimentos de onda ultravioleta inferiores a 450 nanômetros, em que uma magnitude do segundo pico de absorção é maior que a absorção pela célula fotovoltaica orgânica visivelmente transparente em qualquer comprimento de onda entre 450 nanômetros e 650 nanômetros, transmitir luz visível em comprimentos de onda correspondentes a uma pluralidade de diferentes picos de reflexão ou emissão visível gerados pelo display, cada pico de reflexão ou emissão visível diferentes incluindo comprimentos de onda visíveis entre 450 nanômetros e 650 nanômetros; e converter a luz absorvida nos comprimentos de onda correspondentes ao primeiro pico de absorção em energia elétrica, em que cada célula fotovoltaica orgânica visivelmente transparente tem uma área grande o suficiente para cobrir uma pluralidade de diferentes regiões emissivas ou refletivas do display, em que cada célula fotovoltaica orgânica visivelmente transparente é disposta de modo a não se sobrepor em uma área do display do módulo fotovoltaico visivelmente transparente, e em que as células fotovoltaicas orgânicas visivelmente transparentes passam mais luz visível do que uma área entre células fotovoltaicas orgânicas visivelmente transparentes adjacentes.
2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda: um módulo de eletrônicos conectado ao módulo fotovoltaico visivelmente transparente para processar e alimentar a energia elétrica gerada por uma ou mais células fotovoltaicas orgânicas visivelmente transparentes do módulo fotovoltaico visivelmente transparente para o dispositivo.
3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada célula fotovoltaica orgânica visivelmente transparente ser configurada para absorver a luz incidente não visível a partir de fontes externas.
4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela área entre as células fotovoltaicas orgânicas visivelmente transparentes adjacentes ser minimizada.
5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo módulo fotovoltaico visivelmente transparente compreender uma pilha incluindo um substrato inferior, uma camada fotovoltaica posicionada sobre o substrato inferior, a camada fotovoltaica incluindo uma ou mais células fotovoltaicas orgânicas visivelmente transparentes e um substrato superior posicionado sobre a camada fotovoltaica.
6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo módulo fotovoltaico visivelmente transparente compreender uma camada entre a camada fotovoltaica e o substrato superior.
7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: pelo menos uma camada antirreflexo posicionada adjacente ao módulo fotovoltaico visivelmente transparente.
8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo módulo fotovoltaico visivelmente transparente ser um revestimento em uma camada em uma pilha do display (200) do display.
9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela camada na pilha do display (200) ter um índice de refração que é correspondente ao índice do módulo fotovoltaico visivelmente transparente.
10. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela camada na pilha do display (200) ser um painel sensível ao toque.
11. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela camada na pilha do display (200) ser um filtro de cor.
12. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela camada na pilha do display (200) ser o display.
13. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma ou mais células fotovoltaicas orgânicas visivelmente transparentes serem dispostas como uma única camada de dispositivo.
14. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo módulo fotovoltaico visivelmente transparente incluir uma pluralidade de células fotovoltaicas orgânicas visivelmente transparente.
15. MÉTODO PARA PROVER FUNCIONALIDADE FOTOVOLTAICA, caracterizado por compreender: prover o aparelho conforme definido na reivindicação 1; e expor o módulo fotovoltaico visivelmente transparente à luz para converter a luz absorvida em comprimentos de onda correspondentes ao primeiro pico de absorção em energia elétrica.
16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por expor o módulo fotovoltaico visivelmente transparente à luz compreende expor o módulo fotovoltaico visivelmente transparente à luz incidente de fontes externas.
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