ES2315367T3 - Dispositivo receptor de luz o emisor de luz y su metodo de produccion. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo receptor de luz o emisor de luz en el que una pluralidad de elementos semiconductores (3) en partículas que tienen una función de transducción de luz a electricidad o una función de transducción de electricidad a luz están incorporados alineados en al menos una fila, teniendo cada uno de dichos elementos semiconductores (3) un par de electrodos (15, 16); un par de miembros de hilo conductor (4a, 4b; 31a, 31b) que conectan la pluralidad de elementos semiconductores en cada fila en paralelo mediante dichos electrodos; y un material de cubierta transparente (22, 33) que cubre todos los elementos semiconductores y miembros de hilo conductor en forma embebida, en el que los elementos semiconductores (3) en cada fila están dispuestos con su dirección de conducción, entre electrodos, dispuesta uniforme y perpendicularmente a la dirección de la fila y con un espacio predeterminado entre ellos, caracterizado porque: dicho par de electrodos (15, 16) están dispuestos en forma de punto en partes de extremidad opuestas de elementos semiconductores (3) con el centro de las mismas interpuesto; y dichos miembros de hilo conductor (4a, 4b; 31a, 31b) y material de cubierta transparente (22, 33) son flexibles.
Description
Dispositivo receptor de luz o emisor de luz y su
método de producción.
El presente invento se refiere a un dispositivo
receptor de luz o emisor de luz que puede ser deformado y fabricado
simplemente conectando eléctricamente elementos semiconductores
receptores de luz o emisores de luz en partículas por medio de
miembros conductores lineales, y a continuación cerrando
herméticamente estos elementos con resina sintética, y a un método
para fabricar los mismos.
Las células solares tradicionales son
construidas con una estructura completa en forma de placa plana, en
la que una capa de difusión de tipo n está formada en la superficie
de un sustrato semiconductor de tipo p, un electrodo superficial
receptor de la luz de tipo cheurón está formado cerca de la
superficie frontal, y un electrodo superficial posterior está
formado cerca de la superficie posterior. En el caso de tales
células solares en forma de placa plana, cuando el ángulo de
incidencia de la luz solar sobre la célula solar resulta grande por
la mañana o al atardecer, la reflectividad en la superficie aumenta,
de modo que la proporción de la luz solar que entra al interior de
la célula solar disminuye.
En el pasado, por ello, se han propuesto
distintos tipos de paneles de células solares que usan células
solares que comprenden células esféricas semiconductoras con un
diámetro de aproximadamente 1 a 2 mm. Por ejemplo, el inventor de
la presente solicitud ha propuesto una célula solar y un dispositivo
emisor de luz que comprenden un elemento semiconductor esférico
como se ha indicado en el documento WO 98/5983. En tales
dispositivos, una capa de difusión, una unión pn y un par de
electrodos posicionados en ambos extremos con el centro del único
cristal de silicio interpuesto están formados sobre un único cristal
de silicio esférico de tipo p o de tipo n. Numerosas células
solares del tipo antes mencionado están dispuestas en forma de una
matriz que tiene numerosas filas y numerosas columnas; estas
células están conectadas en serie y en paralelo, y están cerradas
herméticamente en forma embebida por una resina sintética
transparente, produciendo así un panel de células solares. Está
célula solar es ventajosa porque una pluralidad de células solares
de este tipo pueden ser conectadas en serie, ya que un par de
electrodos están formados en ambos extremos de la célula solar. Sin
embargo, no es fácil disponer una pluralidad de las células solares
en forma de una matriz, y conectar estas numerosas células solares y
en una conexión serie-paralelo.
Por ejemplo, el inventor de la presente
solicitud ha intentado disponer una pluralidad de células solares en
forma de una matriz en una configuración en sándwich entre dos
placas de circuito impreso.
En este caso, sin embargo, una pluralidad de
células solares debe ser posicionada de modo preciso sobre una
placa de circuito impreso, y numerosos electrodos deben ser
conectados; además, otra placa de circuito impreso debe ser
superpuesta a este conjunto, y numerosos electrodos deben ser
conectados aquí también. Consiguientemente, la estructura del panel
de células solares resulta complicada, el tamaño del panel es
incrementado, y el coste de piezas y el coste de montaje son
incrementados, de modo que el coste de fabricación del panel de
células solares es incrementado.
Aquí, se han propuesto panales con distintos
tipos de estructuras como paneles de células solares en los que
numerosas células solares esféricas están dispuestas en forma de una
matriz.
Un panel de células solares en el que están
conectadas numerosas células solares en paralelo mediante dos
láminas de hoja de aluminio ha sido propuesto en la publicación de
Patente Japonesa dejada abierta número 6-13633 y en
el documento US-B-4.691.076. Ambos
documentos describen también un método para fabricar matrices de
células solares en el que las matrices están formadas de esferas
semiconductoras de interior de tipo p que tienen una piel de tipo
n. Una primera hoja de aluminio está perforada con agujeros y las
esferas semiconductoras son colocadas en los agujeros
succionándolas a los agujeros por un plato de sujeción por vacío. La
piel de las esferas está unida a la primera hoja de aluminio para
formar una conexión eléctrica. Una segunda hoja de aluminio está
prevista por debajo de la primera hoja de aluminio, está
eléctricamente aislada de la primera hoja de aluminio y está
eléctricamente conectada al interior de las esferas. Por ello las
esferas semiconductoras están alojadas en un par de hojas de
aluminio, que forman los contactos de las regiones de tipo p y de
tipo n de cada esfera.
En el panel de células solares o lámina de
células solares descrito en la publicación de Patente Japonesa
dejada abierta número 9-162434 en el que está basado
el preámbulo de las reivindicaciones independientes, es construida
una malla a partir de filamentos aislantes enrollados y un primer y
segundo filamentos de trama sobre los que hay formadas diferentes
películas de revestimiento metálico; además, son fabricados
numerosos elementos esféricos en los que hay formada una capa de
difusión sobre la superficie de un único cristal de silicio
esférico de tipo p, estos elementos esféricos están dispuestos en
los ojos respectivos de la malla antes mencionada, los primeros
filamentos de trama están conectados a las capas de difusión, los
segundos filamentos de trama están conectados al único cristal de
silicio esférico, y estos elementos están cerrados herméticamente
con resina sintética.
En el caso de este panel de células solares, la
fabricación de la malla que tiene una estructura especial no es
fácil, y el coste de fabricación es también elevado. Además, como
los elementos esféricos no tienen electrodos, los primeros
filamentos de trama deben ser revestidos con una sustancia que no
forme una alegación con los elementos esféricos de tipo p y los
segundos filamentos de trama deben ser revestidos con una sustancia
que forme una aleación con los elementos esféricos de tipo p de modo
que es posible un contacto no rectificado. Consiguientemente, hay
restricciones sobre la sustancias que son usadas respectivamente
para revestir el primer y segundo filamentos de trama, de modo que
es difícil reducir el coste de fabricación. Los segundos filamentos
de trama y los elementos esféricos de tipo p son calentados en el
momento de la formación de la aleación; sin embargo, como hay
peligro de que el donante de la capa de difusión de tipo n formada
en la superficie sea difundido por calentamiento, hay también
restricciones sobre las sustancias que pueden ser usadas como un
donante y el control de la temperatura de calentamiento es también
difícil.
En el panel generador de energía fotovoltaica
descrito en la publicación de Patente Japonesa dejada abierta
número 2001-210834, son fabricados numerosos
elementos esféricos en los que una capa de difusión está formada en
la superficie de un cristal de silicio esférico de tipo p o de tipo
n, estos elementos esféricos son insertados en numerosos agujeros
formados en una placa de circuito impreso, el cableado impreso es
conectado a las capas de difusión de los numerosos elementos
esféricos, las capas de difusión de los numerosos elementos
esféricos sobre el lado de la superficie posterior de la placa de
circuito impreso son subsiguientemente eliminadas por grabado
químico, la placa de circuito impreso sobre la que han sido
incorporados los numerosos elementos esféricos es colocada en la
parte superior de otra placa de circuito impreso, y los cristales
esféricos de los respectivos elementos esféricos están conectados
al cableado impreso. Sin embargo, en el caso de tal panel generador
de energía fotovoltaica, como los numerosos elementos generadores de
energía esféricos están conectados en paralelo, la fuerza
electromotriz de un único panel generador de energía fotovoltaica no
puede ser aumentada, y como se usan dos placas de circuito impreso,
el coste de las piezas y el coste de montaje son elevados, de modo
que el coste de fabricación del panel generador de energía
fotovoltaica es también incrementado. Como se usan dos placas de
circuito impreso, el panel tienden a tener una elevada rigidez, de
modo que es difícil construir un panel generador de energía
fotovoltaica con flexibilidad. En todos los paneles antes
mencionados, el espacio entre los electrodos es reducido cuando se
reduce el diámetro esférico, de modo que es difícil reducir el
tamaño del panel. Además, como los elementos emisores de luz
esféricos no tienen electrodos independientes, es imposible el
ensayo individual para detectar partes defectuosas antes de la
conexión de los elementos al cableado impreso.
El documento EP 1255303 describe un módulo
semiconductor que tiene 25 dispositivos semiconductores dispuestos
en una matriz de 5 por 5. En el módulo semiconductor de esta técnica
anterior, cada columna está conectada en serie, y cada fila está
conectada en paralelo.
Objetivos del presente invento son, proporcionar
un dispositivo receptor de luz o emisor de luz en el que numerosos
elementos semiconductores en partículas cada uno de los cuales tiene
un par de electrodos independientes formados como un punto en ambas
partes de extremidad están conectados por medio de miembros de hilo
conductor, para proporcionar un dispositivo receptor de luz o emisor
de luz con flexibilidad, para proporcionar un dispositivo receptor
de luz o emisor de luz en el que hay pocas restricciones sobre el
material usado como miembro de hilo conductor, y para proporcionar
un dispositivo receptor de luz o emisor de los en el que numerosos
elementos semiconductores en partículas pueden ser conectados por
conexiones en paralelo o conexiones
serie-paralelo.
De acuerdo con el invento se ha creado un
dispositivo receptor de luz o emisor de luz en el que una pluralidad
de elementos semiconductores en partículas que tienen una función de
transducción de luz a electricidad y una función de transducción de
electricidad a luz están incorporados alineados en al menos una
fila, teniendo cada uno de dichos elementos semiconductores un par
de electrodos;
un par de miembros de hilo conductor que
conectan la pluralidad de elementos semiconductores en cada fila en
paralelo mediante dichos electrodos; y
un material de cubierta transparente que cubre
todos los elementos semiconductores y miembros de hilo conductor en
forma embebida, en el que
los elementos semiconductores en cada fila están
dispuestos con su dirección de conducción, entre electrodos,
dispuesta uniforme y perpendicularmente a la dirección de la fila y
con un espacio predeterminado entre ellos, caracterizado porque:
dicho par de electrodos están dispuestos en
forma de punto en partes de extremidad opuestas del elemento
semiconductor con el centro de las mismas interpuesto; y
dichos miembros de hilo conductor y material de
cubierta transparente son flexibles.
En este dispositivo receptor de luz o emisor de
luz, como una pluralidad de elementos semiconductores que tienen
electrodos formados en forma de punto en ambas partes de extremidad
con el centro interpuesto están alineados en al menos una única
fila, y los elementos semiconductores de las filas respectivas están
conectados en paralelo por un par de miembros de hilo conductor, la
conexión eléctrica de numerosos elementos semiconductores puede ser
llevada a cabo de una manera simple. Como hay incorporados elementos
semiconductores sobre los que están formados pares de electrodos,
no hay necesidad de un proceso complicado y de formar contactos
óhmicos entre los elementos semiconductores y los miembros de hilo
conductor; los electrodos de los elementos semiconductores y lo
miembros de hilo conductor pueden ser conectados eléctricamente de
modo fácil por medio de un metal de bajo punto de fusión tal como
material de soldadura o similar. Este dispositivo receptor de luz o
emisor de luz puede ser moldeado en distintas formas, y es
deformable como resultado el uso de un material de cubierta blando,
de manera que el dispositivo es superior en términos de utilidad
para cualquier propósito.
Los miembros de hilo conductor y el material de
cubierta posen flexibilidad. Esto permite que el dispositivo sea
construido como un cordón flexible, o un panel con flexibilidad.
Los elementos semiconductores en cada fila
pueden ser conectados en serie a elementos semiconductores en las
filas adyacentes a esta fila por los miembros de hilo conductor.
Cada uno de los elementos semiconductores puede
comprender un cuerpo principal de elemento esférico hecho de un
semiconductor de tipo p o de tipo n, y una unión pn, y el par de
electrodos son conectados a ambos extremos de la unión pn, o puede
comprender un cuerpo principal del elemento cilíndrico hecho de un
semiconductor de tipo p o de tipo n, y una unión pn, y el par de
electrodos son conectados a ambos extremos de la unión pn.
Los elementos semiconductores pueden consistir
de elementos receptores de luz, y el panel puede ser un panel de
células solares que recibe la luz del sol y convierte esta luz en
electricidad, o los elementos semiconductores pueden consistir de
elementos emisores de luz, y el panel puede ser un panel emisor de
luz de superficie emisora.
Partes de lente parcialmente cilíndricas que
corresponden a los elementos semiconductores de las filas
respectivas pueden ser formadas en la proximidad de la superficie
del material de cubierta.
Una película protectora puede ser formada sobre
al menos una superficie del material de cubierta.
Una película reflectora que refleja la luz puede
ser formada sobre cualquier parte superficial del material de
cubierta.
El invento también proporciona un método para
fabricar un dispositivo receptor de luz o emisor de luz en el que
una pluralidad de elementos semiconductores en particular que tienen
una función de transducción de luz a electricidad o una función de
transducción de electricidad a luz están incorporados alineados en
al menos una fila, caracterizado por una primera operación en la que
una pluralidad de elementos semiconductores, una placa de sujeción
temporal a la que son temporalmente sujetos varios miembros de hilo
conductor y una placa de retención que tiene una pluralidad de
agujeros de retención están preparados, una segunda operación en la
que la placa de retención es fijada en una parte de abertura de la
placa de sujeción temporal, elementos semiconductores respectivos
son fijados en los agujeros de retención, y partes intermedias en la
dirección de la altura de los elementos semiconductores son
mantenidas por los agujeros de retención, y una tercera operación en
la que los pares de electrodos de los elementos semiconductores son
conectados eléctricamente a los miembros de hilo conductor.
En este método de fabricación del dispositivo
receptor de luz o emisor de luz, como una placa de retención que
comprende una pluralidad de agujeros de retención está insertada en
la parte de la abertura de una placa de sujeción temporal a la que
son sujetados temporalmente miembros de hilo conductor, una
pluralidad de elementos semiconductores son fijados en la pluralidad
de agujeros de retención de modo que partes intermedias en la
dirección de altura de los elementos semiconductores están
agujereadas, y los pares de electrodos de los elementos
semiconductores son conectados eléctricamente a los miembros de hilo
conductor, un dispositivo receptor de luz o emisor de luz que posee
los distintos efectos y méritos descritos anteriormente puede ser
fabricado fácilmente y de modo barato.
En la tercera operación de este método de
fabricación, los pares de electrodos de los elementos
semiconductores pueden ser también conectados eléctricamente a los
miembros de hilo conductor irradiando una película metálica con un
bajo punto de fusión formada sobre la superficie de los electrodos
con un haz calorífico.
La Fig. 1 es una vista en planta de la placa de
sujeción temporal y de los miembros de hilo conductor en la presente
realización;
La Fig. 2 es una vista en planta de la placa de
retención;
La Fig. 3 es una vista en sección de una célula
solar;
La Fig. 4 es una vista en sección de otra célula
solar;
La Fig. 5 es una vista en sección de otra célula
solar;
La Fig. 6 es una vista en planta que muestra la
placa de retención aplicada con la placa de sujeción temporal, y
células solares insertadas en los agujeros de retención;
La Fig. 7 es una vista agrandada de partes
esenciales en la Fig. 6;
La Fig. 8 es una vista en sección a lo largo de
la línea VIII-VIII de la Fig. 6;
La Fig. 9 es una vista en perspectiva de una
célula solar en forma de cordón;
La Fig. 10 es una vista en sección de una célula
solar en forma de cordón;
La Fig. 11 es un diagrama de circuitos del
circuito equivalente de la célula solar mostrada en la Fig. 9;
La Fig. 12 es una vista en perspectiva de una
célula solar en la que células solares en forma de cordón están
dispuestas en dos filas;
La Fig. 13 es un diagrama de circuitos del
circuito equivalentes de la célula solar mostrada en la Fig. 12;
La Fig. 14 es una vista en planta de la placa de
sujeción temporal, placa de retención y miembros de hilo conductor
en otra realización;
La Fig. 15 es una vista en planta que muestra
células solares insertadas en los agujeros de retención mostrados en
la Fig. 14;
La Fig. 16 es una vista agrandada de partes
esenciales de la Fig. 15, que muestra un estado en el que la placa
de retención ha sido retirada;
La Fig. 17 es una vista en sección a lo largo de
la línea XVII-XVII de la Fig. 15 (en un estado en el
que la placa de retención ha sido retirada);
La Fig. 18 es una vista en sección a lo largo de
la línea XVIII-XVIII de la Fig. 15 (en un estado en
el que una placa de retención ha sido retirada);
La Fig. 19 es una vista en sección que muestra
un estado en el que la célula solar está protegida por un material
de cubierta (en el estado mostrado en la Fig. 18);
La Fig. 20 es una vista en planta del material
de cubierta, células solares y miembros de hilo conductor;
La Fig. 21 es una vista en planta del panel de
células solares;
La Fig. 22 es un diagrama de circuitos del
circuito equivalente del panel de células solares mostrado en la
Fig. 21;
La Fig. 23 es una vista en sección de una
modificación del panel de células solares;
La Fig. 24 es una vista en sección de otra
modificación del panel de células solares;
La Fig. 25 es una vista en sección de otra
modificación del panel de células solares;
La Fig. 26 es una vista en perspectiva de una
célula solar cilíndrica;
La Fig. 27 es un diagrama de circuitos del
circuito equivalente de la célula solar cilíndrica mostrada en la
Fig. 26; y
La Fig. 28 es una vista en sección de un diodo
esférico emisor de luz.
\vskip1.000000\baselineskip
Una realización del presente invento será
descrita a continuación con referencia a los dibujos adjuntos.
La presente realización es un ejemplo de un caso
en el que el presente invento es aplicado a una célula solar en
forma de cordón usado como un dispositivo receptor de luz. En primer
lugar, se describirá el método de fabricación y estructura de esta
célula solar. En primer lugar, en una primera operación, como se ha
mostrado en las Figs. 1 a 5, una placa de sujeción temporal 1 a la
que están sujetos doce miembros de hilo conductor 4 (miembros de
hilo de polo positivo 4a y miembros de hilo de polo negativo 4b),
una placa de retención 2, y (por ejemplo) 120 elementos
semiconductores 3 (de aquí en adelante denominados como "células
solares"), son preparados.
La placa de sujeción temporal 1 es una placa
rectangular con un espesor de aproximadamente 1 a 2 mm construida de
una resina sintética dura (por ejemplo, una resina sintética de tipo
fenol o de tipo epoxídico) o similar.
Una parte 5 de abertura rectangular que es usada
para insertar la placa de retención 2, y un par de tiras
sobresalientes 6 en las que hay formadas doce ranuras usadas para la
sujeción temporal alternativa de los miembros de hilo de polo
positivo 4a y los miembros de hilo de polo negativo 4b en posiciones
enfrentadas en la parte frontal y posterior con la parte 5 de
abertura interpuesta, están formadas en esta placa de sujeción
temporal 1. Los miembros de hilo conductor 4 poseen flexibilidad y
conductividad, y son (por ejemplo) miembros de hilo metálico (por
ejemplo, miembros de hilo hechos de cobre, aluminio, plata, oro o
similar) con un diámetro de aproximadamente 0,2 a 0,3 mm. Los doce
miembros de hilo 4 están sujetos temporalmente de manera respectiva
en la ranuras de las tiras sobresalientes 6, y están dispuestos como
se ha mostrado en los dibujos, con ambas partes de extremo sujetas
por cintas 7 usadas para sujeción temporal. Los pares respectivos de
los miembros de hilo de polo positivo 4a y los miembros de hilo de
polo negativo 4b están dispuestos paralelos entre sí con un espacio
que es igual sustancialmente al diámetro de las células solares 3
dejado entre los miembros de hilo. La placa de retención 2 es una
placa en forma de lámina con un espesor de aproximadamente 1 a 2 mm
que está construida de la misma resina sintética dura que la placa
de sujeción temporal 1; esta placa de retención 2 está fijada en la
parte 5 de abertura de la placa de sujeción temporal 1.
Como se ha mostrado en la Fig. 2, 120 agujeros 8
de retención hexagonales que son usados para la inserción de las
células solares 3 están formados en la placa de retención 2 en la
forma de una matriz con (por ejemplo) 20 filas y 6 columnas. Los
agujeros de retención 8 de cada columna están formados de manera que
estos agujeros están dispuestos entre los pares respectivos de los
miembros 4a de hilo de polo positivo y los miembros 4b de hilo de
polo negativo. Sin embargo, tal disposición de los agujeros de
retención 8 en 20 filas y 6 columnas es meramente un ejemplo; el
presente invento no está limitado a 20 filas y 6 columnas.
Como se ha mostrado en la Fig. 3, las células
solares 3 en partículas tiene cada una un cuerpo principal 11 de
elemento esférico con un diámetro de (por ejemplo) 1,0 a 1,5 mm que
consiste de un solo cristal de silicio de tipo p, una capa 12 de
difusión de tipo n (espesor aproximadamente de 0,5 \mum) en que
(por ejemplo) es difundido fósforo (P) en la parte superficial de
este cuerpo principal 11 de elemento, una unión pn 13 de forma
superficial sustancialmente esférica que está formada en el límite
entre el cuerpo principal de elemento 11 y la capa de difusión 12,
una parte plana 14 formada de una parte de extremo del cuerpo
principal 11 del elemento, en el que no hay formada una unión pn, un
par de electrodos 15, 16 (polo positivo 15 y polo negativo 16) que
están dispuestos en forma de punto en ambas partes de extremidad con
el centro del cuerpo principal 11 del elemento interpuesto,
películas de revestimiento de soldadura que están formadas sobre las
superficies de los electrodos respectivos 15, 16, y una película 17
de revestimiento de SiO_{2} (espesor: aproximadamente 0,4 \mum)
usada para pasivado que está formada en la superficie de la capa de
difusión 12 excepto para las áreas del par de electrodos 15, 16.
Por ejemplo, esta célula solar 3 puede ser
fabricada por el método propuesto por el inventor de la presente
solicitud en el documento WO 98/15983. En este método de
fabricación, una pequeña pieza de silicio de tipo p es fundida, y es
dejada caer libremente desde la parte de extremidad superior de un
tubo de goteo. Este silicio es solidificado por refrigeración
radiante cuando el silicio cae mientras está siendo mantenido en una
forma esférica, por la acción de la tensión superficial, de manera
que se crea un cuerpo de un único cristal de silicio esférico. Una
capa de difusión 12, una parte plana 14, un par de electrodos 15, 16
y una película 17 de revestimiento de pasivado están formados en
este cuerpo de un único cristal de silicio esférico por técnicas
bien conocidas tales como grabado, enmascaramiento, tratamientos de
difusión y similares.
El par de electrodos 15, 16 antes mencionado,
son formados respectivamente por (por ejemplo) cociendo una pasta de
aluminio o una pasta de plata. El diámetro de los electrodos 15, 16
es aproximadamente de 300 a 500 \mum, y el espesor es
aproximadamente de 200 a 300 \mum. Sin embargo, los electrodos 15,
16 pueden también ser formados por un proceso de
electrorrevestimiento o pueden ser formados por algún otro método.
Cada célula solar 3 genera una fuerza electromotriz con una tensión
a circuito abierto de aproximadamente 0,6 V, cuando la célula recibe
luz solar con una intensidad de luz de 100 mW/cm^{2}. Aquí, en las
células solares 3, pueden formarse capas de difusión de tipo p en
cuerpos principales de elemento de silicio de tipo n, y un par de
electrodos y una película de revestimiento de pasivado pueden ser
formados de la misma manera que se ha descrito antes.
Alternativamente, como se ha mostrado en la Fig. 4, pueden usarse
células solares esféricas 3A en las que la parte plana 14 de las
células solares 3 no está formada, y una capa de difusión 12a, una
unión pn 13a, electrodos 15a, 16a, una película de pasivado 17a son
formadas en un cuerpo principal 11a del elemento que es dejado en
una forma esférica.
Además, los elementos semiconductores en
partículas no siempre necesitan ser esféricos; estos elementos
pueden también ser células solares cilíndricas cortas 3B como se ha
mostrado en la Fig. 5. Estas células solares 3B comprenden cada una
un cuerpo principal 11b de elemento cilíndrico corto que consiste de
un único cristal de silicio de tipo p (por ejemplo, de 1,0 a 1,5 mm
de \diameter, 1,9 a 1,6 mm de L), una capa 12b de difusión de tipo
n en la parte superficial de este cuerpo principal 11b del elemento,
una unión pn 13b, una capa 18 de difusión de tipo p+ con un espesor
de aproximadamente 0,2 \mum formado por la difusión de boro (B),
un par de electrodos 15b, 16b (polo positivo 15b y polo negativo
16b) formados en ambas partes de extremidad en la dirección axial
del cuerpo principal 11b del elemento, una película 17b de
revestimiento de pasivado que consiste de SiO_{2}.
A continuación, en una segunda operación, como
se ha mostrado en la Fig. 6, la placa de retención 2 es fijada en
la parte 5 de abertura de la placa de sujeción 1, y las células
solares 3 son insertadas respectivamente en los 120 agujeros de
retención 8 que están formados en la placa de retención 2. Como se
ha mostrado en la Fig. 7, estas células solares 3 son colocadas en
los agujeros de retención 8 con la dirección de conducción
dispuesta de manera uniforme, y partes intermedias en la dirección
de la altura de las células 3 son mantenidas por los agujeros de
retención 8 de manera que las películas de revestimiento de
soldadura de los polos positivos 15 son obligadas a adherirse
estrechamente a los miembros 4a de hilo de polo positivo, y las
películas de revestimiento de soldadura de los polos negativos 16
son obligadas a adherirse de estrechamente a los miembros 4b de
hilo de polo negativo. Como se ha mostrado en la Fig. 8, las células
solares 3 están montadas en un estado en que la placa de sujeción
temporal 1 y la placa de retención 2 son colocadas sobre un banco de
trabajo 20 de manera que las células solares no caigan fuera de los
agujeros de retención 8. De esta manera los elementos tienen un
espacio predeterminado entre ellos.
A continuación, en una tercera operación, como
se ha mostrado en las Figs. 7 y 8, las partes de contacto entre los
miembros 4a de cable de polo positivo y las películas de
revestimiento de soldadura de los electrodos 15 y las partes de
contacto entre los miembros 4b de hilo de polo negativo y las
películas de revestimiento de soldadura de los electrodos 16 son
irradiadas con un haz calorífico 21 (haz láser o haz de luz
infrarroja), de manera que los miembros 4a de hilo de polo positivo
y los electrodos 15 están conectados eléctricamente, y de manera
que los miembros 4b de hilo de polo negativo y los electrodos 16
están conectados eléctricamente. De este modo, la pluralidad de
células solares 3 en las columnas respectivas están conectadas en
paralelo mediante los miembros de hilo 4a y 4b.
A continuación, en una cuarta operación, la
placa de retención 2 es retirada de la parte 5 de abertura de la
placa de sujeción temporal 1, y los miembros de hilo 4a y 4b y las
células solares 3 de las columnas respectivas son revestidos tanto
desde ambos lados superior e inferior colocando una resina sintética
transparentes blanda (por ejemplo, una resina EVA, una resina de
silicona o similar) en un estado semifundido.
A continuación, las células solares 3 de las
seis columnas son ajustadas en un molde de metal especificado de un
aparato de moldeo junto con la placa de sujeción temporal 1 y son
moldeadas por compresión por una fuerza de presión apropiada, de
manera que se forme un material de recubrimiento 22 que cubra los
miembros de hilo 4a y 4b y las 20 células solares 3 en forma
embebida como se ha mostrado en las Figs. 9 y 10. Así, cuando las
20 células solares 3 de cada columna protegidas por el material de
cubierta 22 son retiradas de la placa de sujeción temporal 1, y las
partes sobrantes de los miembros de hilo 4a y 4b son cortadas, las
células solares 23 en forma de cordón flexible son completadas con
una forma cilíndrica que tiene una longitud de aproximadamente 10
cm como se ha mostrado en la Fig. 9. Si las células solares 3 en
estas células solares 23 en forma de cordón son indicadas por
símbolos de diodo en las figuras, entonces el circuito equivalente
24 de las células solares 23 es como se ha mostrado en la Fig. 11.
Aquí, las 20 células solares 3 están conectadas en paralelo, las
partes de extremidad de los miembros 4a de hilo de polo positivo
constituyen los terminales 25a de polo positivo, y las partes de
extremidad de los miembros 4b de hilo de polo negativo constituyen
las terminales 25b de polo negativo.
A continuación, serán descritas las funciones y
ventajas de esta célula solar 23 en forma de cordón.
Como las células solares 3 generan cada una, una
fuerza electromotriz con una tensión a circuito abierto de
aproximadamente 0,6 V cuando las células reciben luz solar con una
intensidad de luz de 100 mW/cm^{2}, la fuerza electromotriz máxima
de la célula solar 23 en forma de cordón es aproximadamente de 0,6
V. Como esta forma de cordón cilíndrico está protegida por un
material de cubierta 22 transmisor de luz transparente, la mayor
parte de la luz que incide dentro del material de recubrimiento 22
alcanza las células solares 3; consiguientemente, el índice de
utilización de luz es elevado, de manera que la eficiencia de
generación de energía es elevada.
Una célula solar de poco peso, flexible,
delgada, que genera una fuerza foto-electromotriz
con una tensión y corriente deseados puede ser construida alineando
una pluralidad de estas células solares 23 en forma de cordón, y
conectando estas células en una conexión en serie, conexión en
paralelo o conexión serie-paralelo. Tal célula solar
de poco peso, flexible, delgada puede ser usada como una
alimentación de corriente en distintos tipos de dispositivos
electrónicos móviles y similares.
En el proceso de fabricación de esta célula
solar 23, una pluralidad de células solares 3 son incorporadas
respectivamente en la pluralidad de agujeros de retención 8 de la
placa de retención 2; además, las partes intermedias en la
dirección de altura de las células solares 3 son mantenidas, y los
electrodos 15, 16 de las células solares respectivas 3 son
conectados a los miembros de hilo 4a, 4b de manera que la conducción
es posible. Consiguientemente la disposición y el posicionamiento
con los espacios predeterminados entre ellas de las numerosas
células solares 3, y la conexión eléctrica de estas células a los
miembros de hilo 4a y 4b, pueden ser conseguidos fácil y
eficientemente.
A continuación, se describirán distintos
ejemplos en los que la realización antes mencionada es parcialmente
modificada.
Además de la forma cilíndrica, la forma de la
célula solar 23 en forma de cordón puede también ser una forma de
tipo de columna angular, una forma cilíndrica ovalada, o alguna otra
forma en sección transversal. Además, en casos en los que la célula
solar 23 en forma de cordón es usada "como es" en forma de
vástago, el material de cubierta 22 puede ser formado como una
estructura no flexible usando una resina sintética dura (por ejemplo
una resina sintética de tipo fenol o de tipo epoxídico o similar),
aunque siendo no flexible esta está fuera del invento según las
reivindicaciones.
Alternativamente, como se ha mostrado en la Fig.
12, una pluralidad de células solares 23 en forma de cordón (por
ejemplo dos células) pueden ser alineadas muy próximas entre sí, y
construidas como una célula solar 23A en que los materiales de
cubierta 22A están formados en una unidad integral. En esta célula
solar 23, las células solares 3 de las columnas respectivas están
conectadas en paralelo por los miembros de hilo 4a y 4b, y dos
columnas de células solares 3 están conectadas en serie mediante los
miembros 4a de hilo de polo positivo y los miembros 4b de hilo de
polo negativo, de manera que la fuerza
foto-electromotriz es aproximadamente de 1,2 V como
se ha mostrado en el circuito equivalente en la Fig. 13.
A continuación, un panel de células solares que
constituye otra realización del presente invento será descrito con
referencia a las Figs. 14 a 22. Esta realización es un ejemplo de un
caso en el que el presente invento es aplicado a un panel de
células solares plano o con forma de placa plana usado como un
dispositivo receptor de luz. El método de fabricación y estructura
de este panel de célula solar será descrito. Aquí, las partes que
son iguales que en la realización anterior son etiquetadas con los
mismos o similares números, y una descripción de tales partes es
omitida. Además, una descripción es también omitida en el caso de
las operaciones de fabricación que son las mismas que las
operaciones en la realización anteriormente mencionada.
En primer lugar, en una primera operación, una
placa de sujeción temporal 1A, una placa de retención 2A y una
pluralidad de células solares 3 (por ejemplo, 1200 células solares)
son preparadas de la misma manera que la realización antes
mencionada.
Como se ha mostrado en la Fig. 14, la placa de
sujeción temporal 1A es similar a la placa de sujeción temporal 1
antes mencionada; una parte 5 de abertura y un par de tiras
sobresalientes 6 están formadas en esta placa de sujeción temporal
1A. Como esta placa de sujeción temporal 1A está integrada con el
material de cubierta 33 (véase la Fig. 19) que cubre el panel 30 de
células solares en una operación subsiguiente, esta placa de
sujeción temporal 1A es construida de la misma resina sintética dura
que el material de cubierta 33.
Una pluralidad de miembros 31a de hilo de polo
positivo y una pluralidad de miembros 31b de hilo de polo negativo
están previstos como miembros de hilo conductor 31 que tienen
flexibilidad y conductividad. Como en el caso de los miembros de
hilo 4a y 4b antes mencionados, estos miembros de hilo 31 están
sujetos temporalmente en las ranuras del par de tiras sobresalientes
6, y están dispuestos como se ha mostrado en las figuras.
Los miembros 31a de hilo de polo positivo de
cada columna y los miembros 31b de hilo de polo negativo de las
columnas adyacentes están conectados por partes de conexión 31c. Una
parte de extremidad de cada uno de la pluralidad de miembros de
hilo 31a y 31b está sujeta temporalmente por medio de una cinta 7 de
sujeción temporal. Los terminales positivos 34a conectados a los
miembros 31a de hilo positivo en el lado izquierdo y los terminales
negativos 34b conectados a los miembros 31b de hilo negativo en el
lado derecho están sujetos temporalmente por medio de la cinta 7 de
sujeción temporal, respectivamente.
La placa de retención 2A es sustancialmente
similar a la placa de retención 2 antes mencionada; sin embargo,
1200 agujeros 8 de retención hexagonales están formados en esta
placa de retención 2A en la forma de una matriz con 10 filas y 12
columnas. Los agujeros de retención 8 de cada columna están
posicionados entre los conjuntos correspondientes respectivos de
miembros de hilo 31a y 31b. Las células solares 3 son las mismas que
las células solares de la realización antes mencionada;
consiguientemente, una descripción de estas células solares ha sido
omitida.
A continuación, en una segunda operación, como
se ha mostrado en la Fig. 14, la placa de retención 2A es fijada en
la parte 5 de abertura de la placa de sujeción temporal 1A; a
continuación, como se ha mostrado en la Fig. 15, las células solares
3 son colocadas en los agujeros de retención respectivos 8 de la
placa de retención 2A en un estado en el que la dirección de
conducción está dispuesta de manera uniforme, de manera que los
electrodos 15 de las células solares respectivas 3 son obligados a
adherirse estrechamente a los miembros de hilo 31a, y de manera que
los electrodos 16 son obligados a adherirse estrechamente a los
miembros de hilo 31b.
A continuación, en una tercera operación, las
películas de revestimiento de soldadura de los electrodos 15 y 16 de
las células solares 3 de cada columna son conectadas eléctricamente
a los miembros de hilo positivo y negativo 31a y 31b por irradiación
con un haz calorífico de la misma manera que en la realización antes
mencionada.
A continuación, en una cuarta operación, como se
ha mostrado en las Figs. 16 a 18, la placa de retención 2A es
retirada de la placa de sujeción temporal 1A. A continuación, como
se ha mostrado en las Figs. 19 y 20, las superficies superior e
inferior de las numerosas células solares 3 que están posicionadas y
mantenidas en la placa de sujeción temporal 1A mediante los
miembros de hilo 31a y 31b son revestidas con un líquido
semifundido de una resina sintética blanda transparente (por
ejemplo, una resina EVA, resina de silicona o similar) a un espesor
de aproximadamente 500 a 700 \mum. Entonces, estas partes son
ajustadas en un molde de metal especificado de una máquina de
moldeo, y material de cubierta 33 que cubre en los miembros de hilo
31 y todas las células solares 3 de forma embebida está formado por
moldeo por compresión usando una fuerza de presión apropiada. En
este caso, los terminales positivo y negativo 34a, 34n no están
protegidos por el material de cubierta 33. Subsiguientemente,
cuando el corte es realizado en la posición de la línea de silueta
exterior del material de cubierta 33 sin cortar los terminales
positivo y negativo 34a y 34b, es completado un panel de células
solares con forma de placa o forma de lámina 30 tal como el que se
ha mostrado en la Fig. 21.
Con el fin de elevar el rendimiento de la
recepción de la luz con respecto a la luz solar, se forman partes de
lente 35 parcialmente cilíndricas (véase la Fig. 19) sobre la
superficie del material de cubierta 33 de modo que estas partes de
lente correspondan a las columnas respectivas.
Estas partes de lente 35 focalizan la luz solar
incidente, y hacen que esta luz incida sobre las células solares 3.
Sin embargo, en casos en los que este panel 30 de células solares es
incorporado en una situación especificada y usado, las partes de
lente 35 pueden ser formadas en un solo lado. Además, pueden
formarse partes de lente hemisféricas en lugar de partes de lente
parcialmente cilíndricas de modo que estas partes de lente
correspondan a las células solares respectivas 3. Como este panel
30 de células solares ha sido construido de modo que el panel
reciba la luz solar que incide desde arriba y genere energía, la
superficie superior del panel 30 de células solares es la
superficie del lado receptor de luz, mientras que la superficie
inferior es la superficie del lado que no recibe luz. En este panel
30 de células solares, como el material de cubierta 33 está formado
a partir de una resina sintética blanda, el panel tiene
flexibilidad.
Si las células solares 3 de este panel 30 de
células solares están indicadas por los símbolos de diodo en las
figuras, entonces el circuito equivalente 36 de este panel 30 de
células solares es como se ha mostrado en la fig. 22. Las células
solares 3 de cada columna están conectadas en paralelo por los
miembros de hilo 31a y 31b, y las células solares 3 de las columnas
respectivas están conectadas en serie con las células solares 3 de
las columnas adyacentes por partes de conexión 31c.
A continuación, se describirán las funciones y
ventajas de este panel 30 de células solares.
Cada célula solar 3 genera una fuerza
foto-electromotriz de aproximadamente 0,6 V cuando
la célula recibe luz solar; por consiguiente, las células solares 3
de las columnas respectivas también generan una fuerza
foto-electromotriz de aproximadamente 0,6 V. En este
panel 30 de células solares, como 12 columnas de células solares 3
están conectadas en serie, la fuerza
foto-electromotriz máxima es de aproximadamente 7,2
V. Además, en casos en los que se requiere que una fuerza
foto-electromotriz exceda de 7,2 V, tal fuerza
foto-electromotriz puede ser obtenida conectando
una pluralidad de paneles 30 de células solares en serie a través de
los terminales respectivos 34a y 34b. Además, en casos en los que
se desea aumentar la corriente de la fuerza
foto-electromotriz, esto puede ser logrado
conectando una pluralidad de paneles 30 de células solares en
paralelo, y en casos en los que se desea aumentar tanto la tensión
como la corriente, esto puede ser logrado conectando una pluralidad
de paneles 30 de células solares tanto en paralelo como en
serie.
Este panel 30 de células solares puede ser usado
en sistemas domésticos de generación de energía solar, distintos
tipos de sistemas de generación de energía solar usados en entidades
móviles, tales como automóviles, trenes eléctricos, barcos y
similares, los sistemas de generación de energía solar usados como
alimentaciones de corriente compactas en equipo electrónico o
equipo eléctrico, y otros tipos de sistemas de generación de energía
solar tales como cargadores o similares. Como el material de
cubierta está formado como una estructura flexible que usa una
resina sintética blanda, el panel 30 de células solares puede ser
incorporado en superficies curvadas, y puede ser dispuesto en forma
de un cilindro. Por consiguiente, el panel de 30 de células solares
puede también ser dispuesto y ser usado en un estado que se adapta
a las superficies curvadas de distintos tipos de objetos tales como
edificios, entidades móviles o similares. Por ejemplo, el panel de
células solares puede también ser usado en un estado en el que este
panel es unido a la superficie de una carrocería de automóvil o al
alojamiento de un ordenador portátil. Además, como los miembros de
hilo 31 también son flexibles, el panel 30 de células solares
también puede ser moldeado a una forma curvada en el momento del
moldeo.
En este panel 30 de células solares, las células
solares 3 están dispuestas en los agujeros de retención 8 formados
en la placa de retención 2A, partes intermedias en la dirección de
altura de las células solares 3 son mantenidas en los agujeros de
retención 8, y los electrodos 15 y 16 de las células solares
respectivas 3 están unidos con los miembros de hilo 31a y 31b por
medio de un haz calorífico. Por consiguiente, la disposición y
posicionamiento de las numerosas células solares 3 pueden ser
logrados fácil y eficientemente con el espacio predeterminado entre
ellas.
Las numerosas células solares 3 están conectadas
en serie y en paralelo por medio de miembros de hilo 31a y 31b; por
consiguiente, incluso en casos en los que las células solares 3 que
no funcionan normalmente están presentes como resultado de una
ausencia de luz o algún problema, la corriente generada por las
células solares normales 3 puentea las células solares 3 que no
están funcionando normalmente, de modo que la caída en la salida
puede ser minimizada, y de modo que el sistema es superior en
términos de fiabilidad. Además, como hay formada una pluralidad de
partes de lente 35 en el panel 30 de células solares, incluso si el
ángulo de incidencia de la luz solar variara, la reflexión en la
superficie puede ser suprimida, y la luz solar puede ser focalizada
y dirigida sobre las células solares 3; por consiguiente, el índice
de utilización de la luz solar puede ser aumentado.
Sin embargo, en caso en los que el panel 30 de
células solares es usado en disposición plana, el material de
cubierta 33 puede también ser construido a partir de un material de
resina sintética transparente (por ejemplo, una resina de tipo
acrílico, una resina de tipo epoxídico, una resina de tipo
polietileno, policarbonato o similar), aunque no siendo flexible
esto está fuera del invento y sus reivindicaciones.
A continuación, se describirán ejemplos en los
que la estructura y el método de fabricación del panel 30 de células
solares antes mencionado están parcialmente modificados.
1) Como se ha mostrado en la Fig. 23, una
película protectora 37 hecha de una resina sintética dura está
formada sobre la superficie del panel 30A de células solares. El
material de cubierta 33 puede ser protegido por la película
protectora 37, de modo que la durabilidad pueda ser asegurada, y
puede impedirse una caída en el rendimiento. Además, en casos en los
que el panel 30A de células solares es usado en una disposición
fijada, la luz que no ha sido recibida por las células solares 3
puede ser reflejada hacia las células solares 3 instalando una
película reflectante 38 o una placa reflectante sobre la superficie
situada en el lado opuesto de la superficie sobre la que la luz
solar incide; consiguientemente, la eficiencia de generación de
energía puede ser aumentada.
2) En el panel 30B de células solares mostrado
en la Fig. 24, tanto la superficie superior como la superficie
inferior están construidas como superficies planas, y una película
protectora 37A hecha de una resina sintética dura o una placa
protectora hecha de vidrio está dispuesta tanto sobre la superficie
superior como sobre la superficie inferior.
3) En el panel 30C de células solares mostrado
en la Fig. 25, tanto la superficie superior como la superficie
inferior están construidas como superficies planas, una película
protectora 37A hecha de una resina sintética dura está dispuesta
sobre la superficie superior, y una película reflectante 38A hecha
de una película metálica o placa metálica está dispuesta sobre la
superficie inferior. Como la superficie superior sobre la que la
película protectora 37A está formada es obligada a mirar al lado
sobre el que incide la luz solar, la luz solar que pasa a través del
panel 30C de células solares también es reflejada por la película
reflectante 38A y reutilizada; consiguientemente, la eficiencia de
generación de energía es mejorada.
4) La célula solar cilíndrica 40 mostrada en la
fig. 26 está construida a partir de un tubo interior 41 que está
hecho de una resina sintética transparente u opaca o de metal, un
panel 42 de células solares flexible que está curvado a una forma
cilíndrica y unido a la superficie de este tubo interior 41, y un
tubo exterior 43 usado como una superficie que protege el cuerpo que
está hecho de vidrio o de una resina sintética transparente, y que
es fijado sobre el panel de células solares 42 antes mencionado.
En este panel 42 de células solares, como en el
panel 30 de células solares antes mencionado, las células solares 3
están dispuestas en forma de una matriz con una pluralidad de filas
y una pluralidad de columnas. Un terminal de polo positivo 45a y un
terminal de polo negativo 45b también están previstos, como se ha
mostrado en el circuito equivalente (véase la Fig. 27) de este panel
40 de células solares.
Aquí, sin embargo, en lugar del tubo interior 41
antes mencionado, sería también posible usar un cuerpo
semicilíndrico, un cuerpo parcialmente cilíndrico, un cuerpo
esférico hueco, un cuerpo esférico semi-hueco, un
cuerpo esférico parcialmente hueco o un cuerpo de superficie curvada
con una superficie curvada consistente del mismo material que el
descrito antes, y usar una construcción en la que una panel emisor
de luz está unido a la superficie de uno de estos cuerpos, y una
superficie que protege un cuerpo hecha de vidrio o de una resina
sintética transparente está unida a la superficie de este panel
emisor de luz.
5) Pueden usarse diferentes tipos de materiales
de resina sintética transparente (por ejemplo, resinas sintéticas de
tipo epoxídico, resinas sintéticas de tipo acrílico, resinas de
silicona, resinas sintéticas de tipo polietileno, policarbonatos,
poliimidas, resinas metacrílicas y similares) como el material de
resina sintética que forma el material de cubierta en el panel de
células solares antes mencionado. Alternativamente, tanto la placa
de sujeción temporal 1A como el material de cubierta 33 pueden ser
construidos a partir de resina sintética flexible, de modo que el
panel de células solares es hecho fácilmente deformable.
6) En las realizaciones antes mencionadas, las
células solares macizas 3 fueron descritas como un ejemplo. Sin
embargo, pueden usarse también células solares huecas (no mostradas
en las figuras) que tienen una función de transducción de luz a
electricidad. Tales células solares huecas son células en las que el
cuerpo principal 11 del elemento consistente de silicio de tipo p (o
de tipo n) es hueco. En casos en los que se han fabricado tales
cuerpos principales del elemento huecos, el silicio de tipo p
fundido en un crisol de cuarzo es dejado caer como gotitas líquidas
que contienen burbujas de gas dentro de un tubo de goteo desde el
extremo de la punta de una boquilla de cuarzo, y estas gotitas
líquidas son solidificadas a una forma esférica mientras están
goteando. En este caso, las gotitas líquidas que contienen burbujas
de gas pueden ser formadas llenando los interiores de las gotitas
líquidas de silicio fundido con una cantidad especificada de un gas
inerte tal como argón o similar inmediatamente antes del goteo del
silicio de tipo p fundido dentro del tubo de goteo desde el extremo
de la punta de la boquilla de cuarzo.
7) Con relación a las células solares 3 de los
paneles de células solares antes mencionados, un caso en el que se
usó silicio como semiconductor fue descrito como un ejemplo; sin
embargo, puede también usarse Ge de tipo p o de tipo n como el
semiconductor que forma los cuerpos principales del elemento de las
células solares 3, y pueden usarse también distintos tipos de
semiconductores compuestos (por ejemplo, GaAs, GaSb, InSb, InP, InAs
o similares).
8) Un circuito inversor que convierte la
corriente continua generada por el panel de células solares en
corriente alterna, y distintos tipos de conmutadores, cableado y
similares, pueden ser incorporados en el espacio sobrante sobre el
lado circunferencial exterior del panel de células solares.
9) En las realizaciones antes mencionadas, un
panel de células solares usado como un panel receptor de luz, que ha
usado células solares 3 como elementos semiconductores en
partículas, se ha descrito como un ejemplo. Sin embargo, diodos
emisores de luz en partículas que tienen una función de transducción
de electricidad a luz pueden ser usados en vez de células solares 3.
Si se usa una construcción en la que tales diodos emisores de luz
están conectados en serie en una pluralidad de etapas, y una tensión
de corriente continua sustancialmente especificada es aplicada a los
diodos emisores de luz de las etapas respectivas, puede construirse
un panel emisor de luz o una pantalla de presentación que muestra
emisión de luz superficial.
El método usado para fabricar tales diodos
emisores de luz en partículas (diodos esféricos emisores de luz) es
similar al método propuesto por el inventor de la presente solicitud
en el documento WO 98/15983; consiguientemente, la estructura de
estos diodos esféricos emisores de luz será descrita aquí
brevemente.
Como se ha mostrado en la Fig. 28, un diodo
esférico 50 emisor de luz comprende un cuerpo principal de elemento
51 consistente de GaAs de tipo n con un diámetro de 1,0 a 1,5 mm,
una superficie sustancialmente esférica forma una capa 52 de
difusión de tipo p que está formada en la proximidad de la
superficie del cuerpo principal 51 del elemento, una superficie
sustancialmente esférica forma la unión pn 53, un ánodo 54 y un
cátodo 55, una película 56 de revestimiento fluorescente y similar.
El cuerpo principal 51 del elemento está construido de GaAs de tipo
n al que se le ha añadido Si de modo que la longitud de onda de pico
de la luz infrarroja generada por la unión pn 53 es de 940 a 980 nm.
La capa de difusión 52 de tipo p es formada difundiendo térmicamente
una impureza de tipo p tal como Zn; la concentración de impureza en
la superficie de la capa de difusión de tipo p es de 2 \sim 8 X
10^{19}/cm^{3}.
La película de revestimiento fluorescente 56 usa
diferentes sustancias fluorescentes de acuerdo con el color de la
luz que es emitida.
Y_{0,74}Yb_{0,25}Er_{0,01}OCl es usada
como una sustancia fluorescente que genera luz roja,
Y_{0,84}Yb_{0,15}Er_{0,01}F_{3} es usada
como una sustancia fluorescente que genera luz verde, y
Y_{0,65}Yb_{0,35}Tm_{0,001}F_{3} es
usada como una sustancia fluorescente que genera luz azul.
El ánodo 54 antes mencionado (espesor de 1
\mum) es construido a partir de Au al que se ha añadido 1% de Zn,
y el cátodo 55 (espesor de 1 \mum) es construido a partir de Au al
que se han añadido pequeñas cantidades de Ge y Ni.
En tal diodo 50 emisor de luz en partículas,
cuando se aplica una tensión de aproximadamente 1,4 V a un cátodo 55
desde el ánodo 54, se genera luz infrarroja con una longitud de onda
de aproximadamente 940 a 980 nm desde la unión pn del GaAs, y la
sustancia fluorescente de la película 56 de revestimiento
fluorescente es excitada por esta luz infrarroja de modo de la luz
infrarroja es convertida en luz visible (luz roja, luz verde o luz
azul) que corresponde a la sustancia fluorescente, y esta luz
visible es emitida al exterior desde la superficie completa de la
película de revestimiento fluorescente.
Por ejemplo, si la totalidad de las células
solares 3 del panel 30 de células solares antes mencionado son
obligadas a montar diodos emisores de luz que emiten luz roja, y se
aplica una tensión de corriente continua de aproximadamente 1,4 V al
terminal del lado del cátodo desde el terminal del lado del ánodo,
se obtiene un panel emisor de luz en el que es emitida luz roja por
emisión de luz superficial desde 120 diodos emisores de luz. Un
panel emisor de luz que general luz verde y un panel emisor de luz
que genera luz azul pueden ser construidos de modo similar.
Además, un panel emisor de luz que puede ser
usado como una pantalla de presentación para presentar caracteres,
símbolos e imágenes en un solo color o en una pluralidad de colores
puede también ser construido. Una pantalla de presentación en color
o televisión en color en la que están incorporados diodos emisores
de luz para los antes mencionados R, G y B (rojo, verde y azul)
pueden también ser construidos como se ha propuesto en el documento
WO 98/15983 antes mencionado. Aquí, los tipos y combinaciones de
diodos emisores de luz que son incorporados en el panel emisor de
luz, y la configuración de la disposición de la pluralidad de diodos
emisores de luz, son ajustados de acuerdo con el tamaño y función de
la pantalla de presentación o televisión. Además, el diámetro de los
cuerpos principales 51 del elemento de los diodos 50 emisores de luz
en partículas no está limitado al valor descrito antes; este
diámetro puede también ser ajustado a un valor menor de 1,0 mm, o a
un valor mayor de 1,5 mm.
Además, pueden también usarse cuerpos
principales huecos de elemento como los cuerpos principales 51 del
elemento de los diodos 50 emisores de luz esféricos antes
mencionados; alternativamente, pueden también ser usados cuerpos
principales de elementos en los que los cuerpos esféricos aislantes
consistentes de un material aislante están incorporados en vez de
partes huecas.
Además, no sólo panales planos, sino también
pueden ser formados dispositivos emisores de luz con forma
cilíndrica como se ha mostrado en la fig. 26. Además, en vez del
GaAs usado como el semiconductor que forma los cuerpos principales
de elemento antes mencionados, pueden utilizarse GaP, GaN u otros
tipos distintos de semiconductores como el semiconductor usado en
los diodos emisores de luz antes mencionados. Además, la forma no
está necesariamente limitada a esférica; esta forma puede también
ser cilíndrica o similar.
Claims (13)
1. Un dispositivo receptor de luz o emisor de
luz en el que una pluralidad de elementos semiconductores (3) en
partículas que tienen una función de transducción de luz a
electricidad o una función de transducción de electricidad a luz
están incorporados alineados en al menos una fila, teniendo cada uno
de dichos elementos semiconductores (3) un par de electrodos (15,
16); un par de miembros de hilo conductor (4a, 4b; 31a, 31b) que
conectan la pluralidad de elementos semiconductores en cada fila en
paralelo mediante dichos electrodos; y un material de cubierta
transparente (22, 33) que cubre todos los elementos semiconductores
y miembros de hilo conductor en forma embebida, en el que los
elementos semiconductores (3) en cada fila están dispuestos con su
dirección de conducción, entre electrodos, dispuesta uniforme y
perpendicularmente a la dirección de la fila y con un espacio
predeterminado entre ellos, caracterizado porque: dicho par
de electrodos (15, 16) están dispuestos en forma de punto en partes
de extremidad opuestas de elementos semiconductores (3) con el
centro de las mismas interpuesto; y dichos miembros de hilo
conductor (4a, 4b; 31a, 31b) y material de cubierta transparente
(22, 33) son flexibles.
2. Un dispositivo receptor de luz o emisor de
luz según la reivindicación 1, en el que una pluralidad de elementos
semiconductores (3) están dispuestos en una fila, y dichos miembros
de hilo conductor (4a, 4b; 31a, 31b) y material de cubierta (22,
33), que posee flexibilidad, están construidos como un cordón
flexible.
3. Un dispositivo receptor de luz o emisor de
luz según la reivindicación 1, en el que una pluralidad de elementos
semiconductores (3) están dispuestos en una pluralidad de filas en
un mismo plano, y el dispositivo está construido como un panel con
flexibilidad, con dichos miembros de hilo conductor y material de
cubierta (22, 33) poseyendo flexibilidad.
4. Un dispositivo receptor de luz o emisor de
luz según la reivindicación 3, en el que los elementos
semiconductores (3) en cada fila están conectados en serie a
elementos semiconductores (3) en una o más filas adyacentes a la
fila por miembros de hilo conductor (4a, 4b; 31a, 31b).
5. El dispositivo receptor de luz o emisor de
luz según cualquier reivindicación precedente, en el que dichos
elementos semiconductores (3) comprenden un cuerpo principal de
elemento esférico hecho de un semiconductor de tipo p o de tipo n, y
una unión pn, y dicho par de electrodos (15, 16) están conectados a
ambos extremos de dicha unión pn.
6. El dispositivo receptor de luz o emisor de
luz según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dichos
elementos semiconductores (3) comprenden un cuerpo principal de
elemento cilíndrico hecho de un semiconductor de tipo p o de tipo n,
y una unión pn, y dicho par de electrodos (15, 16) están conectados
a ambos extremos de dicha unión pn.
7. El dispositivo receptor de luz o emisor de
luz según la reivindicación 3 o 4, en el que dichos elementos
semiconductores (3) consisten de elementos receptores de luz, y el
dispositivo es un panel de células solares que recibe luz solar y
convierte la luz en electricidad.
8. El dispositivo receptor de luz o emisor de
luz según la reivindicación 3 o 4, en el que dichos elementos
semiconductores (3) consisten de elementos emisores de luz, y el
dispositivo es un panel emisor de luz de superficie emisora.
9. El dispositivo receptor de luz o emisor de
luz según la reivindicación 3 o 4, en el que partes (35) de lente
parcialmente cilíndricas que corresponden a los elementos
semiconductores (3) de las filas respectivas están formadas en la
proximidad de una superficie de dicho material de cubierta (22,
33).
10. El dispositivo receptor de luz o emisor de
luz según la reivindicación 3 o 4, en el que una película protectora
(37) está formada en al menos una superficie de dicho material de
cubierta (22, 33).
11. El dispositivo receptor de luz o emisor de
luz según la reivindicación 3 o 4, en el que una película reflectora
(38) que refleja la luz está formada sobre cualquier parte
superficial de dicho material de cubierta (22, 33).
12. Un método para fabricar un dispositivo
receptor de luz o emisor de luz en el que una pluralidad de
elementos semiconductores (3) en partículas que tienen una función
de transducción de luz a electricidad o una función de transducción
de electricidad a luz están incorporados alineados en al menos una
fila, caracterizado por una primera operación en la que una
pluralidad de elementos semiconductores (3), una placa (1) de
sujeción temporal a la que son temporalmente sujetos varios miembros
de hilo conductor (4a, 4b) y una placa de retención (2) que tiene
una pluralidad de agujeros de retención (8) son preparados; una
segunda operación en la que la placa de retención (2) es fijada en
una parte de abertura de la placa (1) de sujeción temporal,
elementos semiconductores (3) respectivos son fijados en los
agujeros de retención (8), y partes intermedias en la dirección de
la altura de los elementos semiconductores (3) son mantenidas por
los agujeros de retención (8), y una tercera operación en la que
pares de electrodos (15, 16) de los elementos semiconductores (3)
son conectados eléctricamente a los miembros de hilo conductor (4a,
4b).
\newpage
13. El método de fabricación de un dispositivo
receptor de luz o emisor de luz según la reivindicación 12, en el
que en la tercera operación, los pares de electrodos (15, 16) de los
elementos semiconductores (3) son conectados eléctricamente a los
miembros de hilo conductor (4a, 4b) irradiando una película metálica
con un bajo punto de fusión formada en la superficie de dichos pares
de electrodos (15, 16) con un haz calorífico.
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