CN101479857B - 面板形半导体模块 - Google Patents

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Abstract

一种作为面板形半导体模块的太阳能电池模块，具备有：棒形的多个发电用的半导体组件(1)，被配置成为多列多行；导电耦接机构，用来使各行的多个半导体组件(1)串联耦接，且使各列的多个半导体组件(1)电性并联耦接；以及导电性的内装金属壳体(3)，装着有多个半导体组件(1)且构成导电耦接机构，在内装金属壳体(3)的反射面形成槽(20)收容有各列的半导体组件(1)，半导体组件(1)的正电极耦接到底板部而且负电极耦接到指状引线(25)，上面侧被透明的盖构件覆盖。

Description

面板形半导体模块
技术领域
本发明涉及具有受光或发光功能的面板形半导体模块，特别涉及使用多个粒状的半导体组件(半导体装置)而构成的半导体模块。
背景技术
至目前为止提案有各种装备外部透镜以较少的受光面积获得大输出的太阳电池(太阳电池模块，太阳电池面板)。但是，随硅太阳电池朝向大面积化进步，为降低太阳电池单元或太阳电池模块的制造成本，利用外部透镜等进行聚光的使用实例很少。
另外一方面，在使用有砷化镓(GaAs)等高价化合物半导体的太阳电池，利用外部透镜等进行聚光比较经济，所以在很多文献中被提案。
如美国专利第4,136,436号，本申请案发明人的美国专利第6,204,545号所示，所提案的技术是利用粒状的硅结晶制作球形或部份球形的太阳电池单元，可以达成对高价硅原料的有效利用。
本申请案的发明人在日本专利特开2001-168369号公报所提案的实例是在采用有球状的太阳电池单元的太阳电池模块的背面侧，设置密着状的反射板。另外，在国际专利WO03/056633号公报所提案者是将球状的太阳电池单元收容在直径比其大的合成树脂制容器内，在内部充填合成树脂藉以进行聚光。当与外部透镜的情况比较时，该等的聚光倍率较小，但是可以以比较简单的构造实现。
在美国专利第5,482,568号公报揭示有微镜太阳电池，在壳体设置圆锥状的多个反射镜，在圆锥的底部配置平面受光型的太阳电池单元，使利用圆锥聚光的太阳光照射在太阳电池单元的上面，从圆锥的下面侧散热。因为采用平面形状的太阳电池单元，所以只能利用太阳电池单元的上面受光，反射损失亦不小，所以要充分地提高射入光的利用效率会有困难。在该微镜太阳电池中，所采用的精神是为着防止太阳电池单元因为聚光而温度上升，在壳体的底部安装太阳电池单元用来使温度上升减小。
在美国专利第5,355,873号公报揭示有使用球状的太阳电池单元的聚光型太阳电池模块。在薄金属板制的片(共同电极)形成有以内面作为反射面的多个大致半球面状的凹部，在凹部的中心部形成有用以支持太阳电池单元的脚部，在导电性网目支持有多个太阳电池单元的中段部，多个太阳电池单元被设定在多个凹部，电连接到脚部，多个太阳电池单元利用导电性网目和片形成并联连接。在太阳电池单元，因为在上下两端部未形成有电极，所以太阳电池单元内部的电流分布变成不均一，很难提高发电效率。另外，因为被装着在该片的全部太阳电池单元成为并联连接，所以要提高太阳电池模块的输出电压会有不便。
在美国专利第2002/0096206号公报，揭示有太阳电池模块，在部份球面状的多个凹部的中心部分别装着球状的太阳电池单元，以凹部的内面作为反射面，该多个凹部以2片薄金属板和被装着在该薄金属板的间的绝缘层构成，在球状太阳电池单元的下端部份，使2片薄金属板连接到太阳电池单元的正负电极，用来使多个太阳电池单元并联连接。
在该太阳电池模块中，因为使球状太阳电池单元的下端部份电连接到2片薄金属板，所以从球状太阳电池单元上半的受光面到正负电极的距离变大，取出输出电流的电阻损失变大为其缺点。另外，在该太阳电池模块因为全部太阳电池单元成为并联连接，所以要提高太阳电池模块的输出电压成为不便。
本申请案的发明人在国际专利WO02/35612号公报中，揭示有棒形的受光用或发光用半导体组件，为在其两端面形成有1对电极的半导体组件，且揭示有采用该半导体组件的太阳电池模块。但是，在该棒形半导体组件中，当组件的长度对直径的比率变大时，因为电极间电阻增大，所以其比率最好设定在大约1.5以下。
发明内容
如上述公报所记载的太阳电池模块的方式，使粒状太阳电池单元的p型或n型基材的下端部，连接到第1共同电极，使与基材不同导电型的扩散层连接太阳电池单元下部或中段部的第2共同电极，在此种构造中，从太阳电池单元上半的受光面到正负电极的距离变大，会有取出输出电流的电阻损失变大的问题。
另外，当在太阳电池单元上下两端部形成正负电极，连接到正电极的导电构件和连接到负电极的导电构件分别由薄金属板或印刷布线等导电构件构成时，导电连接机构的构造成为复杂化，不利于制作成本方面。
将球状太阳电池单元装着在部份球面状凹部的中心部，利用凹部表面的反射面进行聚光，使太阳光照射在太阳电池单元，在此种构造中，因为在凹部和凹部的间产生间隙，所以不利于射入太阳光的利用率的提高。另外，由平面看，因为聚光用凹部的受光面对太阳电池单元的受光面的比率不能成为很大，所以在太阳电池模块的表面，要提高输出对光输入的比率会有困难。
在采用粒状太阳电池单元的太阳电池模块中，当为着聚光而设置与各个太阳电池单元对应由平面看呈圆形的透镜部时，需要与太阳电池单元相同数目的透镜部，透镜部的数目变多，使构造复杂化。
当采用光反射式聚光机构时，因为太阳电池单元的温度上升变大，所以需要有冷却机构以有效地冷却太阳电池单元，但是当采用部份球面的反射面时，要将使冷却用流体流动的流路形状构建成平滑会有困难，不容易提高冷却性能。
当使组入到太阳电池模块的多个太阳电池单元全部并联连接时，太阳电池模块的输出电压变成等于太阳电池单元的输出电压，但是最好可以变更太阳电池模块的输出电压，在组入有多个发光二极管的发光面，最好可以变更对该面板的输入电压。
本发明的目的是提供可以使电连接到半导体组件的导电连接机构的构造简化的面板形半导体模块，提供可以使聚光倍率变大的面板形半导体模块，提供有利于透镜部的形成的面板形半导体模块，和提供有利于提高冷却性能的面板形半导体模块。
本发明的面板形半导体模块具有受光或发光功能，其中具备有：球形或大致球形的粒状的多个半导体组件，具有受光或发光功能且在使导电方向对齐的状态被配置成为多列多行；导电连接机构，用来使各列的多半导体组件并联地电连接，并使各行的多个半导体组件串联地电连接；以及导电性的内装金属壳体，装着有上述多个半导体组件且构成上述导电连接机构。
另外，上述多个半导体组件分别具备有：粒状的基材，由p型或n型的半导体结晶构成；另一导电层，形成在该基材一端部份以外的表层部，其导电型与基材不同；大致球形的pn结面，以上述基材和另一导电层形成；以及第1、第2电极，形成在包夹上述基材中心的两侧的表面部份，且分别欧姆连接到上述基材的上述一端部份和另一导电层。
另外，上述内装金属壳体具备有多个反射面形成沟，随着从开口部朝向底部而沟幅减小，成为分别收容各列的多个半导体组件的多个反射面形成沟；各个反射面形成沟由可反射光的底板部和从底板部的端部朝向上方一体延伸而可反射光的1对倾斜板构成。
另外，在上述各个底板部幅度方向的中心部形成有安装台部成为突出状，用来装载与该安装台部相对应的列的多个半导体组件，并电连接该等半导体组件的第1、第2电极的一方；并且形成有金属制的多个指状引线，分别电连接到各个反射面形成沟的一方的倾斜板部，且电连接到对应列的多个半导体组件的第1、第2电极的另外一方，在上述各个底板部中安装台部的一侧部位形成有分断缝隙，涵盖列方向的全长，用来使对应列的多个半导体组件的第1、第2电极产生短路的导电部份分断。
粒状的半导体组件具有：基材；另一导电层，形成在基材的一端部份以外的表层部，具有与基材的导电型不同的导电型；pn结面；和第1、第2电极；第1、第2电极因为分别欧姆连接在形成于包夹基材中心的两侧表面部份的基材的一端部份和另一导电层，所以可以使从涵盖半导体组件全体而产生载子(电子和电洞)的部位到第1、第2电极的距离的和减小，可提高发电或发光的输出效率。因为利用内装金属壳体构成电连接多个半导体组件的导电连接机构，所以可以减少导电连接机构的构件数目，可以使构造简单化。
因为导电连接机构使各列的多个半导体组件并联连接并使各行的多个半导体组件串联连接，所以即使一部份的半导体组件因为某种原因而停止功能时，利用迂回该停止功能的半导体组件的电路，使电流流动，所以正常的半导体组件不会停止功能。
内装金属壳体具备有多个反射面形成沟，随着从开口朝向底部使沟幅减小，各个反射面形成沟由可反射光的底板部和1对可反射光的倾斜板构成，在该反射面形成沟的底板部的中央部的安装台部，装载对应列的多个半导体组件，该多个半导体组件的第1、第2电极的一方被电连接。
因此，在受光用半导体模块的情况，可以使利用反射面形成沟的反射面聚光的光，射入到多个半导体组件。可以使反射面形成沟的幅度形成为半导体组件直径的3～4倍或其以上的大小，可以使反射面形成沟(聚光部)的面积对半导体组件的受光面的比率变大，并使聚光倍率变大。亦即，可以有效地活用少数的半导体组件用来获得高输出。
另外，半导体组件因为被装载在反射面形成沟的底板部的中央部突出的安装台部，所以被底板部反射的光可以射入到半导体组件的下半部。
因为在多个反射面形成沟的各个，收容各列的多个半导体组件，所以采用与多个反射面形成沟对应的多个圆筒透镜成为有利。由内装金属壳体形成的多个反射面形成沟的各个，因为由底板部和1对倾斜板部形成，所以可以以1片金属板构成内装金属壳体，可以使构件数目减少，用来使构造简单化。
本发明申请专利范围的附属项的构造亦可以采用下列的各种构造。
(1)上述指状引线的形成是使形成在倾斜板部上半部的切起片的下端部弯曲成大致直角而形成。
(2)上述内装金属壳体的各个分断缝隙的形成，是使各列的多个半导体组件的第1、第2电极的一方连接到上述安装台部，使第1、第2电极的另外一方连接到指状引线，然后对多个连结杆部进行连续冲切，形成分断缝隙。
(3)设有：外装金属壳体，以外嵌状装着在上述内装金属壳体的下面侧，具有与内装金属壳体大致相似的剖面形状；和电绝缘性合成树脂层，位于上述内装金属壳体和外装金属壳体的间；内装金属壳体和外装金属壳体被固着成一体，在其间包夹有该电绝缘性合成树脂层。
(4)在上述(3)中，在上述外装金属壳体的列方向的两端部，形成有比内装金属壳体的端部长既定长度而延伸到列方向外侧的延长部，在形成于该延长部的壳体收容沟，内嵌装着并固定有绝缘材料制的侧栓块。
(5)在上述(4)中，在上述内装金属壳体的反射面形成沟充填具有柔软性的透明绝缘性合成树脂，成为将上述半导体组件和上述指状引线埋入的状态。
(6)在上述(4)中，设有被固着在内装金属壳体和上述侧栓块的盖构件，成为覆盖上述内装金属壳体的上面侧的透明玻璃制或合成树脂制的盖构件。
(7)在上述(6)中，在上述盖构件形成有多个圆筒透镜部，分别对应到多个列的半导体组件。
(8)在上述外装金属壳体的外面侧设有导管构件，用来形成使冷却用流体流动的通路。
(9)在上述半导体组件的表面中除了第1、第2电极以外的表面部份，形成有防止反射膜。
(10)上述半导体组件的基材由p型的Si单结晶或Si多结晶构成，上述另一导电层的构成是使成为n型杂质的P或Sb或As扩散，上述半导体组件被构建成为太阳电池单元。
(11)上述半导体组件的基材由n型的Si单结晶或Si多结晶构成，上述另一导电层的构成是使成为p型杂质的B或Ga或Al扩散，上述半导体组件被构建成为太阳电池单元。
(12)上述半导体组件被构建成为具有发光功能的发光二极管组件。
附图说明
图1是本发明的实施例1的太阳电池模块的立体图。
图2是图1的II-II线剖面图。
图3是图1的III-III线剖面图。
图4是太阳电池模块的将盖构件拆去后的状态的平面图。
图5是图4的主要部份扩大图。
图6是侧栓块的立体图。
图7是内装金属壳体的反射面形成沟的主要部份立体图。
图8是半导体组件的扩大剖面图。
图9是导电连接机构的等效电路的电路图。
图10是变更例与图7相当的图。
图11是实施例2的太阳电池模块的与图2相当的图。
图12是实施例3的发光用半导体组件的扩大剖面图。
【主要组件符号说明】
1 半导体组件
1A 二极管
1a 中心(轴心)
2 导电连接机构
3 内装金属壳体
3a 连结端子板
3f 突缘部
4 外装金属壳体
4A 延长部
4f 突缘部
5 盖构件
5a 圆筒透镜部
5b 接合部
5c 平板部
6 绝缘性合成树脂材料(硅酮橡胶)
7 合成树脂层
8 侧栓块
8a 倾斜面
9 补强板
11 基材
11a 平坦面
12 扩散层
13 pn结面
14 正电极
15 负电极
16 防止反射膜
18 正极端子
19 负极端子
20 反射面形成沟
21 底板部
21a 安装台部
22、23 倾斜板部
24 连结板部
25、25A 指状引线
26 分断缝隙
26a 连结杆冲切部
27 壳体收容沟
28 侧栓块(硅酮橡胶)
29 接着密封材料
30 螺栓
31 螺栓孔
35 导管构件
35a 本体部
35f 突缘部
36 冷媒通路
40 发光用半导体组件
41 基材
41a 中心
41b 平坦面
42 扩散层
43 pn结面
44 正电极
45 负电极
46 防止反射膜
50 连接片
50a 连结片部
50b、50c 倾斜片部
M、Ma 太阳电池模块(面板形半导体模块)
具体实施方式
本发明的面板形半导体模块其基本构造具备有：多个半导体组件，成为具有受光或发光功能的粒状半导体组件，被排列成为多列多行；导电连接机构，用来使各列的多个半导体组件并联连接，并使各行的多个半导体组件串联连接；以及内装金属壳体，装着有多个半导体组件且构成导电连接机构；在该内装金属壳体形成有多个反射面形成沟，随着从开口朝向底部使沟幅减小，成为分别收容多列半导体组件的多个反射面形成沟。
(实施例1)
本实施例1的面板形半导体模块是接受太阳光而发电的太阳电池模块(太阳电池面板)，对于该太阳电池模块M，参照图面说明。如图1～图5所示，太阳电池模块M具备有：粒状的多个半导体组件1，具有受光功能；导电连接机构2(参照图9)，形成与该等半导体组件1电连接；内装金属壳体3，用来收容多个半导体组件1；外装金属壳体4，外嵌在该内装金属壳体3的下面侧；透明的盖构件5，覆盖在内装金属壳体3的上面；绝缘性合成树脂材料6，由充填在内装金属壳体3内部的硅酮橡胶构成；合成树脂层7，用来接着内装金属壳体3和外装金属壳体4；多个侧栓块8；和2片补强板9等。
如图8所示，半导体组件1是具有中心1a而大致呈球形(接近球形的部份球形)的粒状的太阳电池单元。该半导体组件1具有：大致球形的基材11，由p型硅单结晶构成；n型扩散层12(相当于与基材11的导电型不同导电型的另一导电层)；pn结面13；正负的电极14、15；和防止反射膜16；接受太阳光用来产生大约0.5～0.6V的光电动势(photovoltaic)。
上述基材11是在直径大约1.8mm的球状p型硅单结晶的底部(一端部份)，形成圆形的平坦面11a(例如直径为大约0.6～1.0mm)，上述的扩散层12是在该基材11表层部中的平坦面11a和包含其近旁部的部份以外的部份，使作为n型杂质的P(磷)热扩散到0.5～1.0μm深度所形成的n型导电层。
利用p型的基材11和n型的扩散层12形成大致球形(接近球形的部份球形)的pn结面13，该pn结面13包围半导体组件1的中心1a的外周侧的大部份。在基材11的平坦面11a设置直径大约0.4mm的圆形的正电极14，在基材11的表面部中包夹中心1a的正电极14的相反侧，设置直径大约0.4mm的圆形的负电极15。正电极14的形成是烧成在银添加有铝的糊，负电极15的形成是烧成在银添加有少量锑的糊。如此一来，正负的电极14、15形成在基材11包夹中心1a的两侧的表面部而成为平行，正电极14欧姆连接到基材11，负电极15欧姆连接到扩散层12。
在半导体组件1表面中除了正负的电极14、15外的表面部份，形成防止反射膜16，由防止反射和硅表面钝化用的氧化硅皮膜或氮化硅膜构成。当对该半导体组件1照射太阳光bm，使其被基材11的硅单结晶吸收时，就产生载子(电子和电洞)，利用pn结面13使电子和电洞分离，在正电极14和负电极15的间产生光电动势。该半导体组件1即使射入的太阳光的射入方向有变化，亦具有同样的受光敏感度，可以有效地接受来自宽广的各种方向的太阳光bm并进行发电(参照图2)。
正电极14和负电极15因为位于对基材11的中心1a成为大致对称的位置，所以利用接受到的太阳光bm在基材11产生的载子，例如在扩散层12的各个位置，其至正负的电极14、15的距离的和成为大致相等，因此可以使光电流的分布对基材11的轴心1a成为均一，可以减少由于偏移造成的电阻损失。
如图2、图4、图5、图7所示，多个半导体组件1，在内装金属壳体3的多个反射面形成沟20内，以导电方向对齐的状态，被配置成为多列多行。多个半导体组件1，以正电极14位于下端、负电极15位于上端的方式，使导电方向对齐在朝向铅直向下的方向。
内装金属壳体3的形成是利用冲制机器，使用指定形状的金属模具，对铁□镍合金(Ni42％、Fe58％)的薄板(例如，厚度0.4mm)进行冲压成形加工，用来构成一体品，该内装金属壳体3的受光侧的内面为提高光反射性能，可以进行镜面加工，或形成镀金皮膜和镀银皮膜的任一种。
如图2、图4、图5、图7所示，内装金属壳体3具备有：导管状的反射面形成沟20，其数目与多列半导体组件1的列数相同；及左右两端部的突缘部3f和连结端子板3a。反射面形成沟20从开口朝向底部使沟幅线性地减小，形成倒梯形剖面。各个反射面形成沟20由底板部21和从该底板部21的两端朝向上方延伸的1对倾斜板部22、23形成，邻接的反射面形成沟20的倾斜板部22、23的上端部，利用小幅度的连结板部24连结。
在各个底板部21的幅度方向中央部形成有朝向上侧突出状而剖面为梯形状的安装台部21a，与该安装台部21a对应的列的多个半导体组件1被装载成为在半导体组件1间空出适当间隔(例如半导体组件1的直径)的状态，该等半导体组件1的正电极14利用导电性环氧树脂被接着并电连接到安装台部21a。在从各个反射面形成沟20右侧的倾斜板部23的中段部，一体式延伸而对应到的多个半导体组件1的负电极15，分别形成有电连接的多个指状引线25，半导体组件1的负电极15利用导电性环氧树脂被接着并电连接到指状引线25。各个指状引线25的形成是使形成在右侧的倾斜板部23上半部的切起片的下端部，弯曲成大致直角(参照图7)。
如图2所示，在各个底板部21中安装台部21a的右侧部位，形成有分断缝隙26，用来对从对应列的多个半导体组件1的多个正电极14朝向多个指状引线25，分断其导通，用来对于对应列的多个半导体组件1的正电极14和负电极15，分断其短路的导电部份的分断缝隙26，形成涵盖列方向的全长(内装金属壳体3的全长)。各个分断缝隙26的形成是在使各列的多个半导体组件1的正电极14接着在安装台部21a而且使负电极15接着在指状引线25的后，连续冲切位于多个连结杆冲切部26a的连结杆部(图中未显示)，用来形成分断缝隙26。
如上述的方式，在内装金属壳体3装着多个半导体组件1成为多列多行，各个半导体组件1的正电极14连接到安装台部21a，和负电极15连接到指状引线25，当在各个反射面形成沟20的底板部21形成有分断缝隙26的状态，各列的多个半导体组件1利用多个指状引线25形成与内装金属壳体3并联连接，各行的多个半导体组件1利用多个指状引线25形成与内装金属壳体3串联连接的状态。依照此种方式，构建成导电连接机构2(参照图9)，利用包含多个指状引线25的内装金属壳体3，使各列的多个半导体组件1并联地电连接，而且使各行的多个半导体组件1串联地电连接。
如图2～图5、图7所示，在内装金属壳体3的下面侧，外嵌状地装着具有与内装金属壳体3大致相似的剖面形状的外装金属壳体4。该外装金属壳体4是对与内装金属壳体3同样的铁□镍合金板(例如厚度0.4mm)进行成形加工者，在该外装金属壳体4的行方向的两端部份形成有突缘部4f，在外装金属壳体4的列方向的两端部形成有延长部4A，从内装金属壳体3的端部以指定的长度在列方向延伸到外侧。内装金属壳体3和外装金属壳体4被固着成一体，在其间包夹有被充填在该等的间而由聚酰亚胺树脂的耐热绝缘性接着剂构成的电绝缘性合成树脂层7(厚度0.1～0.5mm)。
如图3、图5～图7所示，为着完全密封内装金属壳体3的列方向端部，在形成于外装金属壳体4的延长部4A的壳体收容沟27，内嵌绝缘材料(例如，陶瓷或玻璃材料)的侧栓块8，利用如同聚酰亚胺树脂的耐热绝缘性合成树脂接着剂进行接着固定。另外，为着提高受旋光性，在侧栓块8的内面形成有倾斜面8a，成为与倾斜板部22、23同样地倾斜。
如图2所示，在内装金属壳体3的各个反射面形成沟20充填有由柔软性的透明硅酮橡胶构成的绝缘性合成树脂材料6，成为将半导体组件1和指状引线25埋入的状态，然后在减压下进行脱泡后使合成树脂材料6熟化。
如图1、图2、图3所示，设置被固着在内装金属壳体3和侧栓块8的盖构件5，成为覆盖在内装金属壳体3的上面侧的透明玻璃制或合成树脂制的盖构件5。该盖构件5最好使用白板强化玻璃制者或硼硅酸玻璃(Borosilicate Glass)制者。在盖构件5的上面侧部份，形成有多个圆筒透镜部5a分别对应到多列的半导体组件1，在盖构件5的下部，形成有内嵌在多个反射面形成沟20的上部的接合部5b，在图1、图2中，在盖构件5的左端部份和右端部份形成有平板部5c。
当将该盖构件5固定在内装金属壳体3时，在盖构件5下面侧表面的全面涂布有厚的硅酮树脂的状态，将盖构件5装着在内装金属壳体3，使盖构件5接着在多个反射面形成沟20的硅酮橡胶6(绝缘性合成树脂)和倾斜板部22、23，和内装金属壳体3的其它上面部份，和多个侧栓块8的内侧侧面，以减压的状态对全体进行加热，使由硅酮树脂构成的接着密封材料29硬化。另外，各个反射面形成沟20内的空间全部成为被硅酮橡胶6和接着密封材料29埋没的状态。在上述盖构件5左右的平板部5c的位置，该平板部5c和突缘部3f、4f被金属制或合成树脂制的多个螺栓30锁紧。但是，螺栓30对突缘部3f成为绝缘状态。
如图1、图3所示，为着强化多个侧栓块8和内装金属壳体3的一体性，所以设有聚酰亚胺树脂制的补强板9用来阻塞多个侧栓块8的上面，利用与上述接着密封材料29同样的接着密封材料进行固着。
如图1～图5所示，在内装金属壳体3左右的两端部，电连接有多个太阳电池模块M，作为连结输出取出用连结线的端子的连结端子板3a，以延伸列方向全长的方式形成露出到外部的状态，在各个连结端子板3a形成有多个螺栓孔31。
图9表示上述太阳电池模块M的多个半导体组件1和导电连接机构2的等效电路，半导体组件1在图中以二极管1A表示，在该等效电路中，各列的多个二极管1A并联连接，各行的多个二极管1A串联连接，全部的二极管1A以网目状电路串联/并联连接，在正极端子18和负极端子19的间产生光电动势。
下面说明以上所说明的太阳电池模块M的作用和效果。
该太阳电池模块M所采用的大致球形的半导体组件1，对于中心具有大致的对称性，因为可以接受来自各种方向(大约270度的方向)的太阳光，所以具有宽广角度的受光敏感度。内装金属壳体3具备有多个反射面形成沟20，随着从开口部朝向底部使沟幅线性地减小，在各个反射面形成沟20的底部组入有各列的多个半导体组件1，反射面形成沟20的内面形成为光反射面。因此，太阳光在反射面形成沟20的内面重复进行多重反射后集中在半导体组件1。
反射面形成沟20的开口部幅度因为可以形成为半导体组件1的直径的3～15倍的大小，使反射面形成沟20(聚光部)的水平面积对各列的半导体组件1的受光投影剖面积的比率变大，用来使聚光倍率变大，所以可以使半导体组件1的必要数量或受光面积减小，有利于硅的成本和制作成本方面。另外，半导体组件1因为被固定在反射面形成沟20的底板部21的安装台部21a的上，所以被底板部21反射的反射光或散射光变成易于射入到半导体组件1，可以扩大半导体组件1的受光范围，并且使半导体组件1定位和利用导电性环氧树脂的固着变为容易。
因为设有透明而具有柔软性的硅酮橡胶6用来埋没反射面形成沟20的半导体组件1，所以可以完全地保护半导体组件1使其不会受到来自外部的撞击或水分或空气的侵入，由于太阳电池模块M的温度变化造成的膨胀及收缩被硅酮橡胶6吸收。另外，硅酮橡胶6的折射率因为与盖构件5和防止反射膜16的折射率近似，所以在界面的反射损失变小。另外，因为利用硅酮橡胶6使半导体组件1间进行光学式耦合，所以不只是被聚光的直接光，在内部多重反射的散射光亦易于射入到半导体组件1。
另外，在盖构件5因为形成有与各个反射面形成沟20对应的圆筒透镜部5a，所以利用该圆筒透镜部5a进行聚光，可以使太阳光的能量密度提高至大约5～15倍程度，藉由圆筒透镜部5a的聚光和利用反射面形成沟20的聚光，半导体组件1的输出，当与没有该等聚光的情况比较时，可以提高为大约7～15倍的程度。
导电连接机构2用来使各列的多个半导体组件1并联连接且使各行的多个半导体组件1串联连接，所以即使有一部份的半导体组件1因为某种原因(断线、连接不良、阴天等)而停止功能时，利用迂回该停止功能的半导体组件1的电路使电流流动，所以正常的半导体组件1不会停止功能。
半导体组件1形成大致球形的粒状，正负的电极14、15形成在包夹中心两侧的表面部份，分别欧姆连接到基材11和扩散层12，所以从扩散层12的各种位置到正负的电极14、15的距离的和，成为大致相等的较小值，因此可以将正负的电极14、15间的电阻维持较小，可以提高发电的输出效率。另外，利用包含多个指状引线25的内装金属壳体3用来构成导电连接机构2，所以可以使导电连接机构2的构造简化。
太阳电池模块M容易产生温度上升，当温度上升时使发电效率降低，但是经由采用将薄金属板制接着成一体的内装金属壳体3和外装金属壳体4，在内装金属壳体3形成多个导管状的反射面形成沟20，可以活用其内面侧作为反射聚光器，活性其背面侧作为散热器。特别是因为在反射面形成沟20的底板部21形成有朝向上方膨出的安装台部21a，形成W形剖面，所以可以提高刚性和强度，并使散热面积变大。太阳电池模块M所吸收的热能传导到内装金属壳体3，薄膜聚酰亚胺的合成树脂层7，和外装金属壳体4，朝向外部散热。
内装金属壳体3的反射面形成沟20兼用作为：用来放入硅酮橡胶6的容器；和用来接合盖构件5的接合部5b的定位固定用受容器。
在反射面形成沟20的一方的倾斜板部23形成有成为一体而与各个半导体组件1对应的指状引线25，因为利用导电性环氧树脂将该指状引线25接着到半导体组件1的负电极15，所以其它的连接引线可以省略。
指状引线25成为形成在倾斜板部23的切起片，可以在内装金属壳体3制作的时制作。在组建时利用导电性环氧树脂将各列的多个半导体组件1的正电极14接着在安装台部21a，将切起片折曲成为指状引线25，利用导电性环氧树脂接着到半导体组件1的负电极15。将太阳电池模块M的全部指状引线25接着到半导体组件1的负电极15，然后对连结到位于多个连结杆冲切部26a的连结杆部(图中未显示)进行冲切加工。另外，指状引线25亦可以活用作为安装半导体组件1的位置的标记。利用上述的多个连结杆部，当对内装金属壳体3进行成形加工时可以维持内装金属壳体3的一体性，可以以1片金属板构成内装金属壳体3，可以使构件数目减少且使构造简单化。
下面说明将上述实施例部份变更的实例。
(1)如图10所示，代替上述指状引线25者，在与半导体组件1对应的位置设置连接片50，其形成是对与内装金属壳体3分开的连接片50的铁□镍合金等导电性薄金属板进行冲切加工，在连接片50的下部形成朝向左方水平延伸的指状引线25A。
连接片50一体形成有：连结片部50a，接着在内装金属壳体3的连结板部24；倾斜片部50b、50c，接着在其两侧的倾斜板部22、23；和指状引线25A；例如，利用导电性环氧树脂连接到连结板部24和其两侧的倾斜板部22、23，利用导电性环氧树脂接着且电连接到与指状引线25A的前端部对应的半导体组件1的负电极15。另外，连结片部50a和倾斜片部50b、50c的幅度例如成为2～3mm，指状引线25A的幅度例如成为0.5～1mm。
(2)上述太阳电池模块M是设有9个反射面形成沟20的实例，但是亦可以使列的数目成为数10列，行的数目成为数10行。内装金属壳体3的材质，正负电极14、15的材质，外装金属壳体4的材质，和各种合成树脂材料等并不只限于上述的实例，业者可以适当变更。
半导体组件1的基材11的直径亦不只限于上述的实例，亦可以成为大约1.0～2.5mm的大小。被装着在各个反射面形成沟20的多个半导体组件1中，半导体组件1间的间隔亦可以小于或大于图示的间隔。
(3)半导体组件1的基材11亦可以由p型硅多结晶构成，亦可以采用Sb或As作为形成扩散层12的n型杂质。另外，亦可以以n型硅的单结晶或多结晶构成半导体组件1的基材11，采用B或Ga或Al作为形成扩散层的p型杂质。另外，pn结面13不只限于由扩散层12形成，其形成亦可以经由对基材11的表层部进行成膜或离子植入，用以形成与基材11的导电型不同导电型的另一导电层。
(4)亦可以将形成在半导体组件1的基材11的平坦面11a省略，使基材11成为球形，成为与负电极15同样形状的正电极。另外，在此种情况，为着识别正负的电极，亦可以使正负的电极的大小成为不同，亦可以以不同色的金属材料构成正负的电极。
(5)形成在内装金属壳体3的反射面形成沟20的剖面形状并不只限于上述的实例，亦可以使用随着从开口朝向底部使沟幅成为线性或非线性减少的沟，成为可以发挥聚光功能的沟。亦可以由1个太阳电池模块M的对内装金属壳体3成形加工后的多片金属板构成。
(实施例2)
图11所示的太阳电池模块Ma(面板形半导体模块)是在上述面板形太阳电池模块M下侧的外面侧设有导管构件35者，该导管构件35以外的构件因为与上述太阳电池模块M相同，所以在相同构件附加相同的符号，而其说明则加以省略。导管构件35具有：倒梯形状的本体部35a，利用强制地或自然对流地使空气或冷却水等冷却用流体在与外装金属壳体4的间流通；和突缘部35f，从该本体部35a的左右两端延伸；突缘部35f重迭在盖构件5的平板部5c和内装金属壳体3的突缘部3f和外装金属壳体4的突缘部4f的下面侧，利用多个螺栓30锁紧。
使空气或冷却水等冷媒在上述冷媒通路36流动，可以有效地冷却内装金属壳体3和外装金属壳体4和半导体组件1。特别是因为在内装金属壳体3和外装金属壳体4的外表面具有多个凹凸，所以传热面积变大，从半导体组件1到冷媒的距离变小，可以发挥高冷却性能。
(实施例3)
本实施例有关于发光用半导体组件(发光二极管)，适用在面板形半导体模块中具有反射机构的高输出发光二极管模块，该具有反射机构的发光二极管模块，代替上述太阳电池模块M的半导体组件1，成为组入有发光用半导体组件的构造。
下面说明发光用半导体组件。
如图12所示，发光用半导体组件40具有：大致球形(近似球形的部份球形)的基材41，由n型半导体结晶构成；p型的扩散层42(相当于与基材不同导电型的另一导电层)，形成在该基材41的表层部；大致球形的pn结面43，由基材41和扩散层42形成；正负的电极44、45；和防止反射膜46。
基材41由直径1.0mm的n型GaAs的球状结晶构成，在下端部形成有圆形的平坦面41b(直径大约0.2～0.5mm)，成为与通过中心41a的铅直线正交。扩散层42的形成是在基材41的表层部中的平坦面41b和包含其近旁部的圆形部份以外的部份，使p型杂质的Zn(锌)扩散到0.5～1.0μm的深度。正负的电极44、45以银作为主要成分，负电极45欧姆连接到形成在平坦面41b的中央部份的基材41，正电极44形成在对基材41的中心41a成负电极45相反侧的扩散层42的表面部，欧姆连接到扩散层42。
在基材41和扩散层42的表面中除了正负的电极44、45以外的部份，形成具有钝化功能的防止反射膜46，由薄氧化硅皮膜或氮化硅皮膜构成。该发光用半导体组件40，当有从正电极44到负电极45的顺向电流流动时，从pn结面43的近旁产生红外线。因为pn结面43成为接近球形的部份球形，所以所产生的红外线垂直通过半导体组件40表面而放射到外部。当与具有平面形pn结面的习知发光二极管比较时，光的内部反射损失变少，可以提高发光效率。
在以该发光用半导体组件40代替上述实施例的半导体组件1而组入的具有反射机构的高输出发光二极管模块中，当供给从正极端子到负极端子的顺向电流时，在全部的发光用半导体组件40具有顺向的电流流动，用来放射红外线。从发光用半导体组件40输出的红外线，从反射面形成沟20直接或经由反射面的反射，从盖构件5的圆筒透镜部5a放射到外部。
在发光用半导体组件40，假如使顺向电流增加时，光输出增大，但是由于变换损失而发热，产生温度上升使发光效率降低。该发光二极管模块与上述太阳电池模块M同样地，具有优良的散热性可以抑制温度上升。因此，对较少的发光用半导体组件40供给大电流可以获得大的光输出，所以发光二极管模块的制作成本可以降低。
该发光二极管模块可以活用作为医疗机器或各种红外线传感器或红外线照明的光源等产业领域的红外线产生装置。
下面说明将上述发光二极管模块，发光用半导体组件40部份变更的实例。
(1)在发光二极管模块中，亦可以设置与上述太阳电池模块Ma同样的导管构件。
(2)习知的发光二极管亦可以采用依照以各种半导体材料制成半导体材料的特性，产生各种发光波长的光的习知者，成为利用各种半导体材料制成的发光二极管。除了红外线外，亦可以采用产生可视光线或紫外线的发光二极管。
例如，亦可以利用从GaAlAs、GaP、InGaP、GaN、GaInN、SiC中选择的半导体结晶用来构成基材。SiC为6方晶系的结晶，因为可以获得6角柱的单结晶，所以亦可以利用此种6角柱的单结晶构成基材。
另外，发光用半导体组件的pn结面并不只限于利用扩散层形成，其形成亦可以经由对基材的表层部进行成膜或离子植入，用来形成与基板的导电型不同导电型的另一导电层。另外，亦可以将发光用半导体组件的基材41的平坦面41b省略，使基材41形成为球形。
太阳电池模块可以利用在作为太阳光发电装置的各种领域，发光二极管模块依照所产生的光的种类可以利用在各种领域。

Claims (13)

1.一种面板形半导体模块，具有受光或发光功能，其特征在于该面板形半导体模块具备有：
球形或大致球形的粒状的多个半导体组件，具有受光或发光功能并在使导电方向对齐的状态被配置成为多列多行；
导电连接机构，用来使各列的多个半导体组件并联地电连接，并使各行的多个半导体组件串联地电连接；以及
导电性的内装金属壳体，装着有上述多个半导体组件且构成上述导电连接机构；上述每个半导体组件的每个具备有：
粒状的基材，由p型或n型的半导体结晶构成；
另一导电层，形成在该基材一端部份以外的表层部，其导电型与基材不同；
大致球形的pn结面，以上述基材和另一导电层形成；及
第1、第2电极，形成在包夹上述基材中心两侧的表面部份，且分别欧姆连接到上述基材的上述一端部份和另一导电层；
而上述内装金属壳体具备有多个反射面形成沟，随着从开口部朝向底部使沟幅减小，成为分别收容各列的多个半导体组件的多个反射面形成沟；
各个反射面形成沟由可反射光的底板部和从底板部的端部朝向上方一体延伸而可反射光的1对倾斜板构成；
在上述各个底板部的幅度方向中心部形成有安装台部成为突出状，用来装载与该安装台部对应的列的多个半导体组件，且电连接该等半导体组件的第1、第2电极的一方；并且
形成有金属制的多个指状引线(finger lead)，分别电连接到各个反射面形成沟的一方的倾斜板部，且电连接到对应列的多个半导体组件的第1、第2电极的另外一方，在上述各个底板部中安装台部的一侧部位形成有分断缝隙，涵盖列方向的全长，用来分断对应列的多个半导体组件的第1、第2电极产生短路的导电部份。
2.如权利要求1所述的面板形半导体模块，其中上述指状引线的形成是使形成在倾斜板部上半部的切起片的下端部弯曲成大致直角而形成。
3.如权利要求2所述的面板形半导体模块，其中上述内装金属壳体的各个分断缝隙的形成是使各列的多个半导体组件的第1、第2电极的一方连接到上述安装台部，且第1、第2电极的另外一方连接到指状引线，然后对多个连结杆(tie bar)部进行连续冲切，形成分断缝隙。
4.如权利要求1至3所述中任一所述的面板形半导体模块，其中设有：外装金属壳体，以外嵌状装着在上述内装金属壳体的下面侧，该外装金属壳体是与内装金属壳体相配而以外嵌状装着在该内装金属壳体；以及电绝缘性合成树脂层，位于上述内装金属壳体和外装金属壳体之间；内装金属壳体和外装金属壳体被固着成一体在其间包夹有该电绝缘性合成树脂层。
5.如权利要求4所述的面板形半导体模块，其中在上述外装金属壳体的列方向的两端部，形成有比内装金属壳体的端部长既定长度而延伸到列方向外侧的延长部，在形成于该延长部的壳体收容沟，内嵌装着且固定有绝缘材料制的侧栓块。
6.如权利要求5所述的面板形半导体模块，其中在上述内装金属壳体的反射面形成沟充填具有柔软性的透明绝缘性合成树脂，成为将上述半导体组件和上述指状引线埋入的状态。
7.如权利要求5所述的面板形半导体模块，其中设有被固着在内装金属壳体和上述侧栓块的盖构件，成为覆盖上述内装金属壳体的上面侧的透明玻璃制或合成树脂制的盖构件。
8.如权利要求7所述的面板形半导体模块，其中在上述盖构件形成有多个圆筒透镜部分别对应到多个列的半导体组件。
9.如权利要求4所述的面板形半导体模块，其中在上述外装金属壳体的外面侧设有导管(duct)构件，用来形成使冷却用流体流动的通路。
10.如权利要求1至3所述中任一所述的面板形半导体模块，其中在上述半导体组件的表面中除第1、第2电极以外的表面部份，形成有防止反射膜。
11.如权利要求1至3所述中任一所述的面板形半导体模块，其中上述半导体组件的基材由p型的Si单结晶或Si多结晶构成，上述另一导电层的构成是使成为n型杂质的P或Sb或As扩散，上述半导体组件被构建成为太阳电池单元(cell)。
12.如权利要求1至3所述中任一所述的面板形半导体模块，其中上述半导体组件的基材由n型的Si单结晶或Si多结晶构成，上述另一导电层的构成是使成为p型杂质的B或Ga或Al扩散，上述半导体组件被构建成为太阳电池单元。
13.如权利要求1至3所述中任一所述的面板形半导体模块，其中上述半导体组件被构建成为具有发光功能的发光二极管组件。
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