CN111599880A - 太阳能天线阵列及其制造 - Google Patents

Abstract

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。

Description

太阳能天线阵列及其制造

本申请是申请日为2015年11月10日、申请号为201580071231.4、发明名称为“太阳能天线阵列及其制造”的发明申请的分案申请。

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。

技术领域

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。

背景技术

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(Pietro Siciliano)在“纳米整流天线用于太阳光高效率直接转换到电力(Nano-Rectenna For High Efficiency Direct Conversion ofSunlight to Electricity)：微电子与微系统研究所IMM-CNR (Pietro Siciliano of TheInstitute for Microelectronics and Microsystems IMM-CNR)的彼得罗·西西利亚诺(Pietro Siciliano)，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(Rice University)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(Predtechensk y)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7,43 1,985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(M ikeWilliams)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’s carbon nanotube fibers outperform coppe r)”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(Tadashi Ito)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。

发明内容

本发明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发明的各实施例，其中：

图1是根据本发明一实施例的天线阵列的逻辑图，

图2a，2b和2c是根据本发明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是根据本发明一实施例的模板在其制造期间在X方向上的横截面，

图4是根据本发明一实施例的模版的一部分的图，

图5a，5b，5c和5d是根据本发明的一实施例的天线阵列在X方向上的横截面，

图6a，6b和6c是根据本发明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是根据本发明一实施例的天线阵列的一部分的横截面，

图8是根据本发明一实施例的夹在一起的两个天线阵列的横截面，

图9是根据本发明一实施例的天线阵列的一部分的俯视图，

图10是根据本发明一实施例的夹在一起的两个天线阵列的俯视图，

图11a和11b是根据本发明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是根据本发明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是根据本发明一实施例的模版在其制造期间在X 方向上的横截面，

图14是根据本发明一实施例的模版的一部分的顶部剖视图，

图15a至15f是根据本发明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是本发明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是根据本发明一实施例的天线阵列的另一逻辑图，

图18a至18d是根据本发明一实施例的另一模板制造的横截面，

图19a和19b是根据本发明的实施例的模板的部分的图，

图20a至20d是本发明一实施例的天线阵列在其制造期间的横截面，

图21a至21d是根据本发明另一实施例的天线阵列在其制造过程中的横截面，

图22a和22b是对应于图19a和19b所示的模板的部分的太阳能阵列上的电力线和接地线的两种不同配置的俯视图，

图23是具有缺陷碳纳米管天线的天线阵列的横截面，

图24是根据本发明一实施例的天线阵列的带注释的横截面，以及

图25是根据本发明另一个实施例的具有盖板的天线阵列的横截面。

具体实施方式

现在参考图1-24来描述本发明的实施例，应当理解，附图可以说明各种实施例的主题并且可以是不按比例或测量的。

图1中示出了本发明的实施例的一个示例的逻辑图。太阳能天线阵列的核心可以具有由电力线(power line)13和接地线14分开的一排排的天线10。电力线和接地线由隧道二极管11和12分别联接到天线。当天线被可见光激发时，电流可以从接地线流到电力线，从而产生半整流的电能。本领域技术人员可以理解的是，额外的电路，例如开关和去耦电容器可以包括在太阳能天线阵列的外围，其可以期望产生适合于商业应用的电压的稳定的直流电力。

对于有效接收可见光的天线，对它们有利的是捕获的光的波长的1/4或1 /2，这取决于天线是否耦合到现有的接地平面。为了没有昂贵的掩蔽操作而产生这样的小结构，可以创建用于制造天线的模板。

现在参考图4，这种模板的一个实施例的俯视图的示例。模板可以具有一排排水平的v形槽40，v形槽40的每一侧边由一个大的V形脊41和一个小的 V形脊42界定。这些脊可交替跨越天线阵列。该模板可以由具有晶体取向(1, 1,1)的硅晶片形成，以便于生产V形结构。

现在参考图2a，2b和2c，可以用于生产模板的第一组步骤的Y方向的横截面示例。最初，图2a的硅晶片21可以用正抗蚀剂中的接近最小尺寸的线图案化，其可以被垂直蚀刻以产生一系列小沟槽23。这些沟槽随后可以具有一层蚀刻停止材料22，例如沉积在它们之上的氧化硅或氮化硅。可以在负抗蚀剂中形成类似图案，其中类似的图案可以由接近最小尺寸的线组成，再沉积一层可以在沟槽23之间等间距的蚀刻停止层24。

如图2b所示，在下一步骤中，抗蚀线24和沉积材料22可以形成用于V 形槽蚀刻的蚀刻停止层，其可以去除硅晶片25的一部分，留下交替的大的脊2 6和小的脊27。随后在图2c中，可以在整个阵列上沉积蚀刻停止薄层，其可能粘附到非(1,1,1)硅表面。可以使用随后的垂直蚀刻从脊28之间的水平表面沿薄的硅层29去除所有蚀刻停止层，留下沉积在大的脊和小的脊28上的蚀刻停止薄层。应注意到，图2a中形成沟槽22和抗蚀线图案24的掩蔽步骤的对准以及图2b中V形槽蚀刻25的持续时间的组合可用于产生适当的天线长度 20，如图2c所示。

现在参考图3a，3b，3c和3d，可以用于生产模板的第二组步骤的X方向的横截面示例。在图3a中，等宽线30和间隔的规则阵列可以在小的和大的V 形脊之间的平坦硅表面上被图案化(例如，可以如上文所讨论地准备)。随后的部分V形槽蚀刻可以在抗蚀剂线30之间形成部分V形槽31。如果使用(1, 1,1)硅材料，则这可能不是时间关键步骤，因为蚀刻可优先选择(1，1,1) 硅表面，当槽完成时停止。然后，可以在蚀刻的V形槽33中沉积薄层蚀刻停止材料，通过利用用于对V形槽32进行图案化的抗蚀剂将其卸下，从而去除其余部分材料，如图3b所示。使用现有V形槽35中的材料作为蚀刻停止层进行另一个V组蚀刻，其可以用于蚀刻新的V形槽34，如图3c所示。然后可以清除掉所得到的凹槽图案的蚀刻停止材料，并随后用与金属天线不粘合的材料层(例如图3d所示的氮化硅36)覆盖。

V形脊之间的线30的对准不需要是精确的，只要它们足够大到能够延伸到 V形脊上而不超过V形脊，因为图3c中的初始V形槽蚀刻不影响小的和大的脊上的材料28，如图2c所示。尽管如图3a所示将线30和间隔31保持于最小尺寸可能是可取的，但可能不是关键的；相反，保持线30和间隔31的宽度尽可能相等可能更重要，以使V形槽的深度尽可能地保持相等。因此，在另一个实施例中，如果线间距可以被保持为比线宽和间隔更严格的公差，则图3b中的V 形槽蚀刻可以之后是抗蚀剂去除和连续的V形槽蚀刻，从而产生尽可能多的两倍深的V形槽的一半。在这种情况下，可以扩大在Y方向上形成的沟槽，以确保太阳能天线阵列的适当制造。

太阳能天线阵列模板可以由部分或全部硅晶片制成。进一步预期，硅锭可以以必要的方向生长以被切成长面板，或者可以在沉积在玻璃上的或其它合适结构上的硅的长面板上进行单晶硅退火。进一步预期，模板的尺寸仅需要通过在太阳能天线阵列的制造中可靠使用和再利用的能力来确定。

现在参考图5a，5b，5c和5d，根据本发明一实施例的可以用于制造太阳能天线阵列的第一组步骤的X方向横截面的示例。图5a示出了将合适的导电材料沉积到模板50的V形槽上的结果，从而形成可能成为天线的导线51。这可以通过使用例如低压化学气相沉积(LPCVD)设备来实现。在一个实施例中，可以使用镍，因为它不会粘附到氮化硅模板上。为了形成可以处理太赫兹频率的金属氧化物金属(MOM)整流二极管，材料51的横截面可以形成为小于40n m的1/4圆半径，但是V形槽尺寸可以大得多，因为材料的量由沉积时间而不是V形槽的尺寸决定。形成合理的天线阵列可能需要使用加热的模板、振动模板或将金属沉积在高达45度角度的模板上，或者这些工艺的任何组合。聚合物材料52(例如聚酰胺)的层随后可以沉积在模板上，如图5b所示，然后可以被充分固化，以使聚合物材料52与导线51脱离模板，如图5c所示。可以在与天线垂直的X方向上进行剥离，以防止剥离过程中被破坏。然后，如图5 d所示，可以在导线51上生长氧化物薄层53。天线端部的氧化物层可能薄于6 nm。

现在参考图6a，6b和6c，可以用于制造太阳能天线阵列的第二组步骤的 Y方向横截面的示例。如图6a所示，当剥离了模板时，聚合物材料52可以从模板上的大的V形槽41和小的V形槽42(如图4所示)形成大的凹陷61和小的62凹陷。为了保持天线53与随后的金属沉积绝缘，然后可以在天线阵列上沉积薄的覆盖玻璃层60。在一个实施例中，可以添加短蚀刻以确保天线53的端部上的氧化物暴露。接下来，如图6b所示，电力线材料63可以被沉积和抛光以从天线阵列中除去无关的材料，留下不同的电力线，如图6b所示。可以沉积足够量的材料以填充小的凹限62，但仅部分填充大的凹陷61。在另一个实施例中，可以在沉积材料上沉积/生长非粘合材料的薄层，以允许抛光碎片容易地去除，并且可以在抛光之后添加另一个短蚀刻，以再次确保天线53的端部上的氧化物被暴露。如图6c所示，接地线材料65可以以类似于电力线的工艺的方式从阵列的部分沉积和抛光以形成接地线，如图6b所示。在另一个实施例中，电力线和接地线材料可以分别是可延展的金属，例如铝和金。

在制造过程的另一个实施例中，可以根据需要对模板进行清洁、修复并重新用于制造多个天线阵列。

应当注意，可以优化模板和相关联的天线阵列工艺的设计，以通过最小化模板和天线阵列工艺的成本来最小化制造工艺的总成本同时最大化模板再利用和天线阵列产量。

在模板结构和天线阵列工艺的另一个实施例中，天线阵列的大部分可以被构造在模板上，并且只有进行抛光和给天线阵列施加保护层可以随后在将其从模板中取出之后完成。

现在参考图12a，b和c，根据本发明一实施例的模板在其制造期间在Y方向上的横截面的示例。在这种情况下，如图12b所示，可以通过抗蚀剂120掩蔽来蚀刻垂直侧面V形槽123，首先如图12a所示，对电力线122和接地线12 1进行垂直蚀刻，随后如图12b所示进行V形槽123蚀刻。随后可以将抗蚀剂重新填充到V形槽125中并抛光以暴露硅124，如图12c所示。抗蚀剂可以用作随后的X方向蚀刻的蚀刻停止层。

现在参照图13a，b，c和d，根据本发明的一个实施例的模板在其制造期间在X方向上的示例的横截面。可以形成掩蔽的抗蚀剂图案130，其可以接着由V形槽蚀刻，如图13a所示。随后可以重新施加和抛光抗蚀剂，将抗蚀剂留在现有的V形槽132中，并且可以执行另一V形槽蚀刻，从而产生另一组V形槽133，如图13b所示。然后可以去除抗蚀剂，如图13c所示，并且可以将非粘合材料的薄层134施加到模板上，如图13d所示。与如图3a，b，c和d所示的先前X方向V形槽工艺不同，当前工艺不需要蚀刻停止层的沉积或其随后的剥离。

现在参考图14，根据本发明的一个实施例的模板部分的示例的顶部剖视图。在这种情况下，虽然天线X方向V形槽140可以与图4所示的那些40大致相同，但是V形槽141和142可以与图4中所示的V形脊41和42相反。在将已制成的天线阵列从模板中取出之前，这有助于电力线和接地线在模板上的沉积。

现在参考图15a至f，本发明一实施例的天线阵列在制造期间在模板上的横截面示例。最初，如图15a所示，可将合适的导电材料(例如镍)沉积到模板上以形成天线151，包括沟槽152的底部，其后面可以是薄氧化物步骤。接下来，如图15b所示，可以沉积覆盖玻璃153，其至少可以到X方向V形槽的顶部。在一个实施例中，可以添加短蚀刻以确保天线151的端部上的氧化物被暴露。理想地，其下面的玻璃和导电层可以被选择为不粘附到在模板上的非粘附层134，如图13d所示。任选地，如果用于电力线和接地线的导电材料不容易从现有的非粘合层去除，则在下一步骤中，可沉积另一非粘合材料的薄层1 54，如图15c所示。然后，以与图6a，b和c所示的过程相同的方式，图15d 所示的电力线155的导电材料和图15e所示的接地线156可以分别进行沉积和抛光(根据需要)。然后，如图15f所示，可以沉积柔性聚合物157，以形成用于将天线阵列从模板剥离的背衬。

现在参考图16a，根据本发明的一个实施例的具有添加的覆盖玻璃层从模板剥离并翻转的天线阵列的横截面示例。可选地，可以抛光该厚盖玻璃以去除不必要的层至电力导电材料162和接地导电材料161，如图16b所示，并且可以添加额外的钝化材料163以覆盖暴露的导电材料，如图16c所示。应当注意，在该制造过程中可以使用与第一过程中描述的相同的材料和步骤，并且可以添加其它制造步骤，或者可以根据需要修改本文所描述的步骤以改善天线阵列的产量，或保存模板。

现在参考图7，根据本发明一实施例的已完成的太阳能天线阵列的示例的 Y横截面。在这种情况下，可以添加透明覆盖层75以保护阵列，并且固体背板 74可以附接到聚合物材料52以使结构更加坚硬。由于在天线上生长的氧化物，天线53和接地线65之间可能存在MOM二极管71，并且另外的MOM二极管72 可能存在于天线53和电力线63之间。在另一个实施例中，背板74可以是用于反射未被天线阵列吸收的光的反射镜。在另一个实施例中，背板74可以是导电接地平面，并且可以调节聚合物材料52的厚度使得天线阵列可以用作最佳带状线天线阵列。

现在参考图8，其反映了本发明另一实施例的示例。太阳能天线阵列80可以最佳地吸收沿着天线方向(例如，Y方向)偏振的光，其通常仅为太阳光能量的1/2。来自太阳的随机偏振光的其它组分，例如X组分，可以通过太阳能天线阵列传输或从太阳能天线阵列反射。因此，在另一实施例中，两个这样的太阳能天线阵列80和82可以用光旋转材料81夹在一起，诸如在它们之间设置液晶。此外，反射材料层83可以附着到结构的背面，以将剩余的光反射回夹层阵列。进一步预期，如图7所示的聚合物材料52和导电接地背板74可以是光学透明的并且可以包括在这种夹层结构中。

在本发明的另一个实施例中，材料81可以是光学透明的，并且如图10所示的两个太阳能天线阵列101和102可以彼此垂直夹持，如在重叠部分100中可以看到的。

现在参考图9，本发明一实施例的太阳能天线阵列的示例的一部分的俯视图。虽然可见光中的最高能量通常在光谱的蓝绿色部分(波长约500nm)，但是期望吸收尽可能多的可见光谱。因此，期望改变天线长度以覆盖大部分可见光谱，例如从400nm至720nm。这可以通过改变来回穿过阵列的相应各排天线的尺寸来实现，从两个100nm的1/4波长部分的每一个92上升到两个180nm 的1/4波长部分或者如果不向该阵列添加接地平面则为这些尺寸的两倍。图9 中的图形90可以用于以八个相等的步骤覆盖从400nm到720nm的光谱，尽管在步长中有更精细的变化并且在重复之前可能发生更多的步骤，使得棱镜可以用于将适当频率的光导向到最容易接受的天线上。

本领域技术人员将理解，本发明中描述的尺寸可能难以制造，并且可能容易发生缺陷，特别是在天线和电力线或接地线之间的断路电路(“断路”)和/或短路电路(“短路”)中。

现在参考图11a，根据本发明的一个实施例的天线阵列的示例的一部分的示图，其中天线阵列被示出为具有不良二极管，该不良二极管被描述为电阻器，将天线随机连接到电源112或者接地113。在一些情况下，天线111可以具有两个短路二极管。这种缺陷可能会在电力线和接地线之间产生短路或部分短路。

在另一个实施例中，可以通过在接地线和电力线之间施加足以迫使单个隧道二极管超过其负电阻但不足以导通良好的一对二极管的电压来测试和固定天线阵列。这可以选择性地驱动电流通过短路的有缺陷的二极管，从而可以以类似于保险丝的方式充分地加热电阻器以打开短路，从而可以消除电源和地之间的短路，

现在参考图11b，根据本发明的一个实施例的天线阵列的示例的一部分的示意图，其中天线阵列被示出为具有缺陷二极管，该缺陷二极管被熔断并描绘为开路电容器115，从而将天线元件随机连接到电源112或接地113。在具有两个短路二极管114的天线中，电阻器中最弱的一个可能会熔断116，从而消除短路。

在另一个实施例中，天线元件可以足够靠近地相互间隔开，以便由于消除随机有缺陷的天线而通过阵列使电力生产的降级(degradation)最小化。

在本发明的另一个实施例中，天线可以由在电力线和接地线之间生长的碳纳米管构成。在这种情况下，模板可以主要由相同深度的V形槽构成。

现在参考图18a至18d的模板制造示例的横截面。可以将规则的宽度图案暴露于抗蚀剂181中，并且可执行短的垂直等离子体蚀刻，然后进行随后的V 形槽蚀刻，从而留下位于残余抗蚀剂之间的第一组V形槽180。可选地，可以使用掺磷晶片来构造模板，并且可以在初始V形槽上执行选择性氮掺杂扩散1 88。此后，清洁的晶片可以涂覆有诸如氮化硅(SiN)或碳化硅(SiC)的非粘合材料的薄层，涂覆第一组V形槽183和晶片的顶表面，如图18b所示。在抛光晶片以去除未蚀刻表面182上的非粘合材料之后，蚀刻第二组V形槽184，留下第一组185被非粘合材料保护，如图18c所示。最后，可以向晶片添加非粘性材料附加层，覆盖所有V形槽186，如图18d所示。第一组V形槽187可以比第二组V形槽蚀刻得更宽，以补偿非粘合材料的不同厚度。

可选地，不同的非粘合材料(例如氮化硅和碳化硅)可以分别沉积在第一组V形槽185中和第二组V形槽184中。所形成的模板包含电源190和接地1 92V形槽指状件，每一个以相互连接的方式连接到电源191和地面193V形槽带，在指状件的另一端具有交替的断裂194和195，如图19A所示。还可以想到，用于电力线196和接地线197的V形槽指状件可以在水平和垂直方向上变化，如图19b所示

现在参考图20a至20d，根据本发明的一个实施例的天线阵列在其制造期间的示例的横截面。最初，诸如铁、镍或其它一些磁性金属的碳纳米管催化剂可以被电弧溅射到模版上，在V形槽中形成一层小的可选的氧化球。诸如金、银、铝或一些其它合适的金属或合金的导体可以沉积在V形槽中，使得催化球 201可以悬挂在导体202的边缘上，如图20a所示。或者，在模板中的两组V 形槽之间产生的PN二极管是反向偏置的，其可以选择性地将碳纳米管催化剂沉积在一些V形槽207中。例如聚酰胺或一些其它合适的材料的聚合物203然后可以涂覆在模板上，如图20b所示。在固化聚合物203之后，整个结构可以从模板中去除。任选地，氧化球205可以被回蚀，从而暴露催化球的金属，如图20c所示。此后，电力线和接地线可以被加热并且分别充电到负电压和正电压，可以施加可选的磁场，并且可以将烃(诸如甲烷或乙炔)引入到沉积室中，以在电力线和接地线之间生长碳纳米管，如图20d所示。纳米管可以从带负电荷的电力线上的催化球生长到带正电荷的接地线208上的金属。在将纳米管连接到导体之后，导体可以被加热，这可使碳纳米管退火成导电材料。

现在参考图21a至21d，根据本发明另一个实施例的天线阵列在其制造期间的示例的横截面。在该实施例中，如图21a所示，V形槽可以仅填充由聚合物212覆盖的导体211并从模板上移除。电力线和接地线可以分别被充电到负电压和正电压，并且带电氧化的催化球可以选择性地沉积在接地线213上，使得电力线214远离催化球，如图21b所示。此后，如图21c所示，任选地，暴露的氧化物可以从催化球215上蚀刻掉。随后，碳纳米管218可以从接地线朝向电力线上的金属的相反方向生长，将催化球载持在碳纳米管的尖端上，使得最短的碳纳米管217可以先连接，而较长的碳纳米管218可以稍后连接，如图 21d所示。所述导体，催化球和薄氧化物可以形成金属氧化物金属(MOM)二极管。以这种方式，如图17所示，整流MOM二极管171可连接到电力线173和天线170，而天线172的另一端可连接到接地线。催化球的直径可以决定纳米管的直径，碳纳米管的结构或手征性(chirality)可以部分地由施加的磁场决定，并且纳米管的生长方向可以由电力线和接地线之间的电场决定，其连接按其长度的顺序连续进行，如图21d所示。

现在参考图24，本发明一个实施例的天线阵列示例的注释横截面。天线吸收电磁频率的效率可能会显著地降低，电磁频率越过天线的理想频率越远，或者电磁波越远离天线。这些效应显著地限制了具有不同长度的规则的二维天线阵列的效率。为了吸收最佳量的可见光和红外太阳能，天线需要在长度80纳米和460纳米之间变化。纳米管可以在电场方向上生长到80纳米和460纳米之间的距离，所述电场可以施加在包含催化球的导体之间。生长量与电场的强度和催化球的密度相关，催化球的密度可以被选择以使所得天线的效率最大化。太阳能天线阵列的电力线和接地线可以通过使用具有V形槽的模板沉积～ 190纳米的催化球和金属241，然后沉积～40纳米的绝缘聚合物242来构造，所述V形槽可以使用廉价的具有～1/2微米尺寸的掩模来构造，并且可以涂覆有氮化硅，碳化硅和/或与沉积导体不粘合的一些其它材料。由于涂层和任何可选的蚀刻，所得到的电力线和接地线可能比原始蚀刻的V形槽更浅～20纳米2 40。

现在参考图22a和22b，对应于图19a和19b所示的模板部分的太阳能阵列上的电力线和接地线的两个不同配置的俯视图。在任一种配置中，阵列被限制为排列V形槽的尺寸，因为导电性需要电力线和接地线的高度在整个阵列中保持相同。在图22a所示的一种配置中，所述阵列可以由电力线220和接地线 221的交替的指状件组成，具有垂直的线束222和223以及根据需要的可能的多个线束224和225，这可以保持低电流密度和电阻。在另一种配置中，所述阵列可以包含电力线226和接地线227的指状件的变化图案，其可以局部平衡纳米管天线的水平和垂直方向，如图22b所示。这种构造可以消除对夹在一起的两个垂直对准的面板的需要。

还可以预期，在对电力线和接地线进行初始充电之前，可以将探针衬垫和较大的线分开沉积在阵列上。

此外，预期导体可以是银、铝、铂或另一种可以在与氧化催化球的工艺步骤相同或相邻的工艺步骤中被氧化的合金。然后在电力线和接地线之间生长碳纳米管然后可以在电力线和碳纳米管天线的末端之间形成MOM二极管，并且在接地线和碳纳米管天线的另一端之间的碳金属氧化物金属二极管类似于图1所示的结构。

还可以设想，图11a和b所示的测试和熔断短路装置的方法可以应用于碳纳米管天线，从而断开有缺陷的天线的至少一端。现在参考图23，具有缺陷碳纳米管天线的天线阵列的示例的横截面。在构建太阳能天线阵列之后，一些单独的纳米管可能不完全地或不正确地连接到电力线230和/或接地线231。它们可以使用以下步骤进行测试和校正：

A：将太阳能电池阵列倒置，

B.使电力线和接地线都接地，

C.在天线阵列下方和穿过天线阵列移动带正电荷电源，使得松散的纳米管被拉到其连接的电力线或接地线一侧的后面，从而破坏纳米管的自由，以及

D.移除破坏阵列的任何松散的纳米管。

在本发明的另一个实施例中，更大的结构可以支撑阵列上的盖板，以保护天线、电力线以及接地线不受外部环境的影响。现在参考图25，具有盖板的天线阵列的示例的横截面。通过在模板的外部蚀刻大的V形槽，可以由聚酰胺形成大的板线251。也可以在模板周期性地蚀刻大的V形槽正方形，这可以在天线阵列250上的电力线和接地线253之间产生大的聚酰胺锥体或柱252的规则阵列，在该阵列250上可放置支撑透明玻璃(或其他足够透明以允许光通过的材料)板254以保护天线阵列。可选地，如果聚酰胺足够透明，则可以用反射镜代替玻璃板，反射镜可以将可能通过聚酰胺进入阵列的光反射回天线。

本领域技术人员可以理解，本发明不受上文特别示例和描述的内容的限制。更确切地说，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及本领域技术人员在阅读前面的描述将会想到的并且不属于现有技术的修改和变化。

Claims (7)

1.一种太阳能天线阵列，配置为将太阳光转换成电力，其特征在于，所述太阳能天线阵列包括：

均匀水平间隔开的交替的电力线和接地线，以及

碳纳米管天线，所述碳纳米管天线从所述电力线侧面上的催化剂生长到所述接地线侧面上的金属；

其中所述电力线的侧面和所述接地线的侧面形成V。

2.根据权利要求1所述的太阳能天线阵列，其特征在于，所述太阳能天线阵列还包括：

绝缘基层，在所述绝缘基层上布置有所述电力线和所述接地线，其中，在所述绝缘基层中的每对电力线和接地线之间的V形槽形成由所述电力线的侧面和所述接地线的侧面形成的所述V的一部分。

3.根据权利要求1所述的太阳能天线阵列，其特征在于，所述催化剂包括催化球。

4.一种构造太阳能天线阵列的方法，其特征在于，所述方法包括：

将交流电力线和接地线均匀水平间隔开，以及

从所述电力线的侧面上的催化剂到所述接地线的侧面上的金属生长碳纳米管天线；

其中所述电力线的侧面和所述接地线的侧面形成V。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述生长碳纳米管包括：

加热所述电力线和所述接地线；

用负电压为所述电力线充电；

用正电压为所述接地线充电；以及

施加碳氢化合物。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将交流电力线和接地线均匀水平间隔开包括：

在绝缘基层的倒V形脊上形成所述交流电力线和所述接地线，其中，所述绝缘基层中的每对所述交流电力线和所述接地线之间的V形槽完成了由一对所述交流电力线和所述接地线的侧面形成的所述V。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括催化球。

Images