JP4861343B2 - 受光又は発光用半導体モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、受光又は発光機能を備えた複数の球状の半導体素子を電気的に直列且つ並列接続して高出力化を図った受光又は発光用半導体モジュールに関する。
本願発明者は、ＷＯ９８／１５９８３号公報に示すように、受光又は発光機能のある球状半導体素子であって中心を挟んで対向する正負の電極を有する半導体素子を提案し、複数の半導体素子を直列接続したものを複数本設け、それら複数の半導体素子を合成樹脂材料の中に埋没させた構造の太陽電池モジュールを提案した。この太陽電池モジュールでは、半導体素子が球状で、表層部に球面状のｐｎ接合が形成され、正負の電極がｐｎ接合を形成するｐ形領域およびｎ形領域の各表面の中心部に設けられている。
本願発明者は、ＷＯ０２／３５６１２号公報、ＷＯ０２／３５６１３号公報、ＷＯ０３／０１７３８２号公報に示すように、上記の球状半導体素子を複数行複数列に配置して各行の半導体素子を導電部材とハンダ又は導電性接着剤により並列接続し、各列の半導体素子をリード部材とハンダにより直列接続し、それらを合成樹脂材料の中に埋め込んだ構造の太陽電池モジュールを提案した。
本願発明者は、さらに、ＷＯ０３／０３６７３１号公報に示すような、受光又は発光機能のある半導体モジュールであって、複数の半導体素子を合成樹脂材料の中に埋め込んだ構造の半導体モジュールを提案した。
近年、大気汚染、地球温暖化などの環境問題や化石燃料の枯渇問題に対して再生可能なクリーンなエネルギー源として太陽電池の利用が増大している。省エネルギー、省資源の観点から照明光源としての発光ダイオードの利用も増えつつある。
材料資源や製造で消費するエネルギーを少なくすることもその必要性が高まっている。
ＷＯ９８／１５９８３号公報 ＷＯ０２／３５６１２号公報 ＷＯ０２／３５６１３号公報 ＷＯ０３／０１７３８２号公報 ＷＯ０３／０３６７３１号公報
従来の太陽電池モジュールや発光ダイオードディスプレーでは、多数の粒状の半導体素子をハンダや導電性接着剤などで導電部材に接続すると共に、全体を透明な合成樹脂製のカバーケース（外囲器）内に埋め込んだ構造のモジュールが採用されていた。このため、太陽電池モジュールを廃棄処分する際に、多数の半導体素子をカバーケースから分離して回収することが出来なかった。それ故、廃棄する太陽電池モジュールや発光ダイオードディスプレーから半導体素子を回収して再利用することは困難であり資源や自然環境面に配慮した解決が要請されている。
近い将来、上記のような半導体素子が大量に実用に供されると、劣化や寿命到来のため取り替えあるいは廃棄処分する量も必然的に増加するため、資源や自然環境への負荷が大きくなる可能性がある。特にこれらに使用されている鉛含有ハンダ材料の使用は、規制されるようになった。
本発明の目的は、複数の粒状の受光又は発光機能のある半導体素子を組み込んだ太陽電池モジュールや発光モジュールとして適用可能な受光又は発光用半導体モジュールであって、複数の半導体素子を再利用、再生、修理が容易な受光又は発光用半導体モジュールを提供することである。
本発明の受光又は発光用半導体モジュールは、受光又は発光機能を有する半導体モジュールにおいて、支持基板と、前記支持基板上に複数列に且つ導電方向を列直交方向に揃えて配置された受光又は発光機能を有する複数の粒状の半導体素子と、光反射機能と導電機能を有する断面ほぼ逆Ｕ形の樋状の複数の金属製の板バネ部材であって、隣接する板バネ部材の自由端部間に各列の複数の半導体素子を挟む状態に平行に配設された複数の板バネ部材と、各列の複数の半導体素子を複数の板バネ部材を介して並列接続し且つ複数列の複数の半導体素子を複数の板バネ部材を介して直列接続する導電接続機構とを備えたことを特徴としている。
支持基板と、支持基板上に複数列に且つ導電方向を列直交方向に揃えて配置された受光又は発光機能を有する複数の粒状の半導体素子と、光反射機能と導電機能を有する断面ほぼ逆Ｕ形の樋状の複数の金属製の板バネ部材を設け、平行に配設された複数の板バネ部材によって、隣接する板バネ部材の自由端部間に各列の複数の半導体素子を挟むように構成し、各列の複数の半導体素子を複数の板バネ部材を介して並列接続し且つ複数列の複数の半導体素子を複数の板バネ部材を介して直列接続する導電接続機構を設けたため、次の効果が得られる。
複数の板バネ部材によって半導体素子を所期の位置に保持することができ、複数の板バネ部材を有効活用した導電接続機構によって、各列の複数の半導体素子を並列接続し、複数列の複数の半導体素子を直列接続することができる。そのため、複数の半導体素子を位置決めして保持する為の構成と、複数の半導体素子を直列且つ並列に接続する構成とを非常に簡単化することができる。
導電接続機構は、ハンダ付けや導電性接着剤を必要としないため、半導体モジュールを製造する設備と製造コストを低減することができる。使用後の半導体モジュールを分解する際にも、複数の板バネ部材を解体することで、半導体素子を傷つけることなく回収することができるから、半導体素子や板バネ部材を回収して再利用することができる。
しかも、板バネ部材は、その体積に対する表面積の割合が大きいため、熱放散能力が高く、受光又は発光用モジュール内の温度上昇が低くなり、光電変換効率や電光変換効率の低下が抑制され、受光又は発光用モジュールの耐久性を高めることができる。
本発明の実施例に係る凝固状態のシリコン結晶の断面図である。 突起を切断したシリコン結晶の断面図である。 シリコン酸化膜が形成されたシリコン結晶の断面図である。 シリコン酸化膜を部分的に除去したシリコン結晶の断面図である。 ｎ形拡散層とｐｎ接合を形成したシリコン結晶の断面図である。 シリコン酸化被膜を形成したシリコン結晶の断面図である。 太陽電池セルの断面図である。 実施例に係る太陽電池モジュールの支持基板の平面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。 外周枠とラバーパッキン枠の平面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。 太陽電池モジュールの平面図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。 太陽電池モジュールの要部拡大平面図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図である。 図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。 図１５の一部を拡大図示した動作説明図である。 太陽電池モジュールの等価回路図である。 変更例に係る太陽電池モジュールの図１３相当図である。 変更例に係る太陽電池モジュールにおける複数の太陽電池セルを予め固着した板バネ部材の平面図である。
符号の説明
５ 正極
６ 負極
１０ 太陽電池セル
２０ 太陽電池モジュール
２１ 支持基板
２２ 板バネ部材
２２ａ 接続フランジ部
２３ 外周枠
２４ ラバーパッキン枠
２５ ケース板
２５ａ 凸レンズ部
２５ｂ 凹状係合部
２６ 導電接続機構
２７ 凹部
２８ 正電極被膜
２９ 負電極被膜
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 電極被膜
３４ 弾力部材
本発明は、受光又は発光機能のある複数の粒状の半導体素子を備えた受光又は発光用半導体モジュールに関するものであり、この半導体モジュールを廃棄したり修理したりする際に、複数の半導体素子を個別に分離可能に構成したものである。
次に、実施例に係る太陽電池モジュール（受光用半導体モジュール）について説明する。図１〜図７に基づいて、球状のシリコン太陽電池セル（半導体素子）の構造とその製造方法について説明する。この球状のシリコン太陽電池セルの構造とその製造方法は、本願の発明者がＷＯ０３／０１７３８２号公報に開示しているので簡単に説明する。
図１は、直径が1.0 〜2.0 ｍｍのｐ形の球状シリコン結晶１（単結晶または多結晶）の断面図である。粒状シリコン結晶１を製作する際には、シリコン原料を落下管の上端側に設けた坩堝内で溶融させ、この坩堝のノズルの先端からシリコンの液滴を吐出し、その液滴を落下管内で約１４ｍ自由落下させ、落下途中で表面張力で球状化した液滴を冷却して球状結晶に凝固させ、落下管の下端側において回収する。この実施例のシリコン結晶１は単結晶シリコンであるが、その凝固過程で最後に凝固した部分が図１に示すような突起となる場合がある。この突起を取り除き球状に研磨する。
図２に示すように、球状のシリコン結晶１の表面部分を平坦に研磨加工して基準面１ｂを形成し、シリコン結晶１ａとする。このシリコン結晶１ａの直径は約1.8 ｍｍである。 次に、図３に示すように、シリコン結晶１ａの表面全体に公知の熱酸化の方法によりシリコン酸化膜２を形成する。次に、図４に示すように、基準面１ｂとその周辺にシリコン酸化膜２ａを残し、それ以外の表面のシリコン酸化膜２を除去する。このシリコン酸化膜２ａは、次の工程で行う不純物拡散のマスクとして利用する。尚、マスキングによりこのように部分的にシリコン酸化膜を残すやり方は既に公知の技術である。
図４，図５に示すように、シリコン酸化膜２ａを拡散マスクとして、公知の熱拡散法により、露出したｐ形表面１ｃからその表層部にｎ形不純物を熱拡散してｎ形層３を設け、ほぼ球面状のｐｎ接合３ａを形成する。こうして、基準面１ｂとその周辺を除きほぼ球面状のｐｎ接合３ａが形成される。ｎ形不純物を熱拡散する間に付随的に生成されたシリコン酸化膜は、公知の化学的エッチング技法により一旦除去し、再度、酸素を含む雰囲気中で加熱し、図６に示すように、シリコン結晶１ａの全面に所定の厚さのシリコン酸化膜４を形成し、それを反射防止膜とする。
次に、平坦な基準面１ｂ（ｐ形）と、シリコン結晶１ａの中心を挟んで基準面１ｂに対向するシリコン結晶の先端（ｎ形）の位置に銀を主成分とするペーストをドット状にプリントする。これを高温で短時間処理してシリコン酸化膜４を貫通させ、図７に示すようにｐ形シリコンの基準面１ｂ、ｎ形層３の表面とにオーミックコンタクトさせてそれぞれ正電極５、負電極６を形成し、太陽電池セル１０が得られる。正電極５と負電極６はシリコン結晶１ａの中心を挟んで対向する位置にあり、正電極５の中心と負電極６の中心とを結ぶ線上にシリコン結晶１ａの中心が位置している。
上記のようにして製作した粒状かつ球状の太陽電池セル１０は、シリコン結晶１ａの表面から一定の深さの部位に球面状のｐｎ接合３ａが形成されているため、あらゆる方向からの入射光に対してほぼ同じ受光感度で光電変換する。尚、このような球面状のｐｎ接合を設けた球状の発光ダイオードにおいては、正極５から入力される電気エネルギーにより、同様に球面のあらゆる方向に一定の光を放射する。
次に、上記の球状の太陽電池セル１０を多数組み込んで直列且つ並列接続した構造の太陽電池モジュール２０について、図８〜図１８に基づいて説明する。
図８〜図１２に示すように、この太陽電池モジュール２０は、下面側に配置された支持基板２１と、この支持基板２１上に４列に配置された多数の太陽電池セル１０と、４列の列方向と平行に配置された５つの板バネ部材２２と、外周枠２３と、ラバーパッキン枠２４と、上端側の光透過性のケース板２５と、各列の複数（例えば８個）の太陽電池セルを並列接続し且つ複数列（例えば４列）の複数（例えば３２個）の太陽電池セル１０を直列接続する導電接続機構２６と、複数のボルト・ナット３９などを備えている。
図８には、支持基板２１と、この支持基板２１上に８行４列のマトリックス状に整列された３２個の太陽電池セル１０と、８行４列のマトリックス状に配置された凹部２７と、支持基板２１の外周部の表面に形成された正電極被膜２８と負電極被膜２９と複数の電極被膜３０ａ〜３０ｃと、組み立て用のボルト穴３１、導電接続板（図示略）を接続する為のボルト穴３２ａ〜３２ｄなどが図示されている。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
３２個の太陽電池セル１０の導電方向は列と直交する方向に向けて揃えられており、図８において、正電極５が太陽電池セル１０の右側面中央部に位置し、負電極６が太陽電池セル１０の左側面中央部に位置するように整列されている（図１４、図１５参照）。尚、本実施例の太陽電池モジュール２０は、説明の便宜上、８行４列のマトリックスに整列された太陽電池セル１０を装備したモジュールを例として説明するが、実際にはより多くの数１０又は数１００の行数と数１０又は数１００の列数のマトリックスに整列された太陽電池セル１０を組み込んだモジュールに構成される。
支持基板２１は、厚さ５ｍｍ程度の白色のセラミック製の基板であるが、合成樹脂製の支持基板や強化ガラス製の支持基板も採用可能である。この支持基板２１の中央側のセル配置領域３３には８行４列にマトリックス配列された太陽電池セル１０に対応する８行４列のマトリックス状に３２個の凹部２７が形成されている。凹部２７はサンドブラストや金型による成形で形成されるが、凹部２７の内面形状は、太陽電池セル１０の方へ極力多くの光を反射させるように略半球面に近い回転体面（例えば、回転放物線面又は回転楕円面）の形状であり、凹部２７の内面には光反射率の高い銀の反射膜２７ａが形成されている。
各凹部２７には、弱い粘着性と柔軟性と弾力性のある透明合成樹脂（例えば、シリコーンゴム）からなる弾力部材３４（充填材）が充填され、その弾力部材３４の上面は、支持基板２１の上面から太陽電池セル１０の半径とほぼ等しい距離だけ低い位置に水平に形成される。太陽電池セル１０の正電極５と負電極６とが、支持基板２１の上面近傍部に露出状態になるようにして、３２個の太陽電池セル１０の各々が、凹部２７の弾力部材３４の表面に軽く押し付けた状態に配置され、弾力部材３４の粘着力により太陽電池セル１０の位置が安定的に保持される。
支持基板２１のうちのセル配置領域３３の外側の枠状領域３５には、厚さが０．０５〜０．１ｍｍの銀メッキした銅印刷配線が印刷され、図８に示すように、この枠状領域３５の右側部位と左側部位には、銅印刷配線からなる正電極被膜２８と負電極被膜２９が形成され、枠状領域３５の前側部位と後側部位には、夫々、３つの板バネ部材２２に電気的に接続される３組の電極被膜３０ａ〜３０ｃが形成されている。支持基板２１の４隅には、組み立て用の立向きのボルト穴３１が形成されている。
支持基板２１の図８における右端部と左端部には、複数の太陽電池モジュール２０を左右方向に並べて正電極被膜２８又は負電極被膜２９を介して直列接続する際に導電接続板（図示略）を連結する為の直列接続用ボルト穴３２ａ，３２ｂが形成されている。支持基板２１の図８における前端部と後端部には、複数の太陽電池モジュール２０を前後方向に並べて電極被膜３０ａ〜３０ｃを介して並列接続する際に導電接続板（図示略）を連結する為の並列接続用ボルト穴３２ｃ，３２ｄが形成されている。
図１０、図１１には、外周枠２３と、ラバーパッキン枠２４とが図示されている。外周枠２３は厚さ３ｍｍ程度のセラミック製の正方形の枠体であり、セル配置領域３３に対応する正方形の開口３６が形成され、外周枠２３の下面には、シリコーンゴム又はブチルゴム又はフッ素ゴム製の被膜３７（厚さ約０．１〜０．２ｍｍ）が形成されている。外周枠２３の上には厚さ約１ｍｍのブチルゴム製のラバーパッキン枠２４が載置される。このラバーパッキン枠２４と外周枠２３の４隅部には、組み立て用のボルト穴３８が形成されている。ラバーパッキン枠２４と外周枠２３を支持基板２１上に重ね合わせてから、支持基板２１のセル配置領域３３に、図１２〜図１６に示すように、５つの板バネ部材２２を組み付ける。
図１２〜図１６に示すように、板バネ部材２２は、弾性を有する薄金属板（例えば、ベリリウム銅合金製の薄金属板）を用いて、断面逆Ｕ形の樋状の構造に製作され、板バネ部材２２の全表面は反射率の高い光反射面に形成されている。板バネ部材２２の下端の１対の自由端部には、微小幅の水平接触面と、微小幅の縦接触面とを有する接続フランジ部２２ａが一体的に形成されている。尚、必要に応じて、板バネ部材２２の全表面に光反射被膜をメッキ等で形成してもよい。
板バネ部材２２の長さはセル配置領域３３の前後幅よりも長く形成され、板バネ部材２２はセル配置領域３３の前後の電極被膜３０ａ〜３０ｃに架橋状に配置され、その前端部が前側の電極被膜３０ａ〜３０ｃの１つに接続され、その後端部が後側の電極被膜３０ａ〜３０ｃの１つに接続される。
板バネ部材２２を組み付けない状態において、板バネ部材２２の左右幅（接続フランジ部２２ａの縦接触面間距離）は、隣接する２列の太陽電池セル１０の正電極５と負電極６間の距離より僅かに小さく設定されている。これは、板バネ部材２２の組み付け時に板バネ部材２２から太陽電池セル１０に力を作用させて位置ズレが発生するのを防止する為である。
支持基板２１のセル配置領域３３の８行４列のマトリックス状の３２個の凹部２７に３２個の太陽電池セル１０を組み付けた状態において、外周枠２３を組み付け、外周枠２３と同形のラバーパッキン枠２４を外周枠２３の上面に組み付けると共に５つの板バネ部材２２を組み付ける。
５つの板バネ部材２２のうち３つの板バネ部材２２は、４列の太陽電池セル１０の３つの列間領域に組み付けられ、１つの板バネ部材２２は最右列の８個の太陽電池セル１０と外周枠２３の内周面との間に組み付けられ、１つの板バネ部材２２は最左列の８個の太陽電池セル１０と外周枠２３の内周面との間に組み付けられる。そして、隣接する２つの板バネ部材２２の接続フランジ部２２ａ間に各列の８個の太陽電池セル１０を挟む状態にし、各接続フランジ部２２ａが対応する正電極５又は負電極６に電気的に接続される。板バネ部材２２の図８における前後の両端部が対応する前後の電極被膜３０ａ〜３０ｃに接触する状態に組み付け、その上に光透過性のケース板２５を組み付ける。
図１３、図１５に示すように、ケース板２５は、厚さ約３ｍｍの無色透明の白色強化ガラス製のものである。平面視において、ケース板２５の外形は外周枠２３の外形と同じであり、ケース板２５の４隅部には、ボルト穴３１，３８に対応するボルト穴（図示略）が形成されている。ケース板２５には、４列の太陽電池セル１０に対応する４列のロッド状の凸レンズ部２５ａが形成されており、各凸レンズ部２５ａにより各列の太陽電池セル１０の方へ導光するように構成されている。ケース板２５の下面のうちの、凸レンズ部２５ａと凸レンズ部２５ａの境界部には、板バネ部材２２の頂部に係合する凹状係合部２５ｂが形成されている。
次に、支持基板２１と外周枠２３とラバーパッキン枠２４とケース板２５の４隅部のボルト穴３１，３８に上方からボルト３９を挿通して下面側においてナット（図示略）を締結することにより、それらが一体的に組み立てられる。このとき、ラバーパッキン枠２４の圧縮変形を介して、各板バネ部材２２がケース板２５の凹状係合部２５ｂから押圧力を受けるため、各板バネ部材２２の下端部の１対の接続フランジ部２２ａが、支持基板２１の上面および電極被膜３０ａ〜３０ｃ、正電極被膜２８、負電極被膜２９等に接触した状態で相互に離間する方向へ移動し、接続フランジ部２２ａが各列の太陽電池セル１０の正電極５又は負電極６に強力に接触し電気的な接続状態が確保される。
図１８は、太陽電池モジュール２０の等価回路を示し、８行４列の太陽電池セル１０がメッシュ構造の回路により直列且つ並列に接続されている。一部の太陽電池セル１０が、故障や接続不良や日陰等の原因により機能停止したとしても、その機能停止した太陽電池セル１０を迂回する迂回回路が存在するため、機能停止してない正常な全ての太陽電池セルの出力は確実に外部へ取り出すことができる。太陽電池モジュール２０の信頼性を確保することできる。
次に、太陽電池モジュール２０の動作について説明する。
図１７に示すように、ケース板２５と凸レンズ部２５ａに垂直に入射する光は、主として凸レンズ部２５ａで集光され、板バネ部材２２の表面で反射されて太陽電池セル１０に入射し光電変換される。また、太陽電池セル１０の間を通過した光は凹部２７の内面で乱反射され太陽電池セル１０に入射して光電変換される。
一方、ケース板２５と凸レンズ部２５ａに垂直に且つ凸レンズ部２５ａの中心に入射する光の大部分は太陽電池セル１０に直接入射し、一部の光は凹部２７の内面で乱反射して太陽電池セル１０に入射し光電変換される。ケース板２５を透過した光は、ケース板２５の下面、板バネ部材２２の外面又は内面、凹部２７の内面、太陽電池セル１０の表面で多重反射を繰り返してから太陽電池セル１０に吸収され光電変換される。このように、閉じられた空間内で光が効率的に太陽電池セル１０に導光されるため、効率を高め出力を大きくすることができる。
ここで、ケース板２５に各列の太陽電池セル１０に対応する凸レンズ部２５ａを形成したため、ケース板２５に対して傾斜状に入射する光の反射の度合いが少なくなり、ケース板２５に対する光の入射角の増大に対する出力低下が少なくなる。しかも、板バネ部材２２は、その体積に対する表面積の割合が大きいため、熱放散能力が高く、太陽電池モジュール２０内の温度上昇が低くなり、太陽電池セル１０の光電変換効率の低下が抑制され、太陽電池モジュール２０の耐久性を高めることができる。
次に、以上説明した太陽電池モジュール２０の作用、効果について説明する。
太陽電池モジュール２０を使用後に廃棄する場合には、４本のボルト３９を外すことにより、支持基板２１、外周枠２３、ラバーパッキン枠２４、ケース板２５、複数の板バネ部材２２、複数の太陽電池セル１０をバラバラに分解することができるため、太陽電池セル１０、板バネ部材２２、ケース板２５などの主要な部品の再利用、再資源化を図ることができる。太陽電池モジュール２０の修理の際にも同様に分解して簡単に能率的に行うことができる。
太陽電池モジュール２０には、ハンダ付けを一切採用していないので、ハンダ付けによる接続工程が不要であり、そのハンダ付け用の設備を省略でき、ハンダ付けに要するエネルギーを節減することができる。しかも、ハンダ付けによる接合部の熱疲労や劣化が生じることもない。
この太陽電池モジュール２０では、凸レンズ部２５ａによる集光機能があるうえ、複数の板バネ部材２２と、複数の凹部２７による反射作用と導光作用により太陽電池セル１０に入射する光の量が増大する。それ故、少ない数の太陽電池セル１０により大きな出力を得ることができ、太陽電池モジュール２０の製造コストを大幅に低減することができる。 また、太陽電池セル１０の代わりに発光ダイオード素子を組み込んだ発光モジュールの場合にも、前記と同様に、発光ダイオード素子から発生した光を効率よく外部へ出射することができる。この場合、凹部２７は光を効率よく外部へ出射させる機能を奏する。
凹部２７に充填された弾力部材３４は、光を透過させるうえ、組み立ての際に太陽電池セル１０の位置決めと保持に有効に機能する。
この太陽電池モジュール２０では、太陽電池セル１０を収容する内部空間が、支持基板２１、外周枠２３、ラバーパッキン枠２４、被膜３７、ケース板２５により外界に対して気密封止されている。それ故、外気による太陽電池セル１０の劣化を防止することができ、断熱、遮音作用に優れる。支持基板２１がセラミック製であり、ケース板２５が強化ガラス製であるので、太陽電池モジュール２０の機械的強度に優れ、耐熱、耐火性が高いため、太陽電池モジュール２０を壁や屋根や庇などの建材として適用することができる。
太陽電池モジュール２０の外面に露出した正電極被膜２８と負電極被膜２９と直列接続用ボルト穴３２ａ，３２ｂを設けてあるため、複数の太陽電池モジュール２０を図１２における左右方向に並べ、図示外の導電接続板を介して簡単に直列接続し、出力電圧を高めることができる。同様に、太陽電池モジュール２０の外面に露出した電極被膜３０ａ〜３０ｃと、並列接続用ボルト穴３２ｄを設けてあるため、複数の太陽電池モジュール２０を図１２における前後方向（列方向）に並べ、図示外の導電接続板を介して簡単に並列接続し、出力電流を増大させることができる。
しかも、太陽電池モジュール２０は、図１８に示すように複数の太陽電池セル１０をメッシュ構造に直列並列接続する導電接続機構２６を有するため、一部の太陽電池セル１０が、故障や接続不良や日陰等の原因により機能停止したとしても、その機能停止した太陽電池セル１０を迂回する迂回回路が存在するため、機能停止してない正常な全ての太陽電池セルの出力は確実に外部へ取り出すことができる。太陽電池モジュール２０の信頼性を確保することできる。
上記の太陽電池モジュール３０を部分的に変更する例について説明する。
［１］支持基板２１は、成形が容易で配線が可能なポリカーボネイト（ＰＣ）、ＰＭＭＡ、ガラス布基材エポキシ樹脂、金属ホウロウ、絶縁基板などの何れかの材料で構成してもよい。但し，その表面の全面又は一部に光反射機能のある反射被膜を形成することが望ましい。また、凹部２７に充填する弾力部材３４は、透明で粘着性のあるポリビニルブチラール、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）の何れかで構成してもよい。
［２］複数の太陽電池モジュール２０を簡単に直列接続できるように、例えば、図１９に示すように、太陽電池モジュール２０の支持基板２１の右端部に段落ち部２１ａを形成して、正電極被膜２８Ａを段落ち部２１ａの上面まで延長すると共に、支持基板２１の左端部には下半部を除去した段上り部２１ｂを形成して、負電極被膜２９Ａを段上り部２１ｂの下面まで延長する。
複数の太陽電池モジュール２０を図１２における左右方向に並べて直列接続する際には、太陽電池モジュール２０の段落ち部２１ａに、右側に隣接する太陽電池モジュール２０の左端の段上り部２１ｂを重ねて、正電極被膜２８Ａに負電極被膜２９Ａを接触させ、直列接続用ボルト穴３２ａに通したボルトを締結することにより電気的に直列接続する。尚、複数の太陽電池モジュール２０を前後方向に並べて並列接続する構造も上記と同様に構成することができる。
［３］光透過性のケース板２５は、成形が容易で割れにくいポリカーボネイト、アクリル、シリコーンなどの合成樹脂で構成してもよい。尚、凸レンズ部２５ａは、必須のものではなく省略し、ケース板２５の外側表面を平面に形成しもよい。
［４］板バネ部材２２の高さを縮小し、図示の板バネ部材２２の１／２又は１／３程度の高さに構成してもよい。また、板バネ部材２２は、公知のバネ材である炭素鋼、リン青銅、タングステン鋼、ニッケル鋼、洋銀、ステンレス鋼で構成してもよい。
［５］図２０に示すように、板バネ部材２２の片方の接続フランジ部材２２ａに複数の太陽電池セル１０の一方の電極（例えば、図示の例では負電極６）を導電性接着剤又は無鉛ハンダにより予め固着しておき、太陽電池モジュール２０の組立ての際、この太陽電池セル１９付きの板バネ部材２２を支持基板２１の上面に配置するように構成してもよい。この構造を採用すれば、太陽電池モジュール２０を組立てる組立て作業が非常に簡単になる。
このような構造の太陽電池モジュール２０を廃棄する際、図２０に示した形態で板バネ部材２２と太陽電池セル１０を回収することができるから、その形態のまま再利用することができる。尚、板バネ部材２２から太陽電池セル１０を分離する必要がある場合には、前記の導電性接着剤による固着部位は薬液により分解でき、無鉛ハンダによる固着部位は加熱により分解できる。
［６］外周枠２３は、ガラス布基材エポキシ樹脂やポリカーボネイトで構成してもよい。また、ラバーパッキン枠２４は、シリコーンゴムやフッ素系ゴムで構成してもよい。
［７］上記の球状の太陽電池セル１０の代わりに、ＷＯ９９／１０９３５号公報に記載したような、球状の芯材（コア）の表面に薄膜半導体層を成膜し、ｐｎ接合を形成した構造の太陽電池セルや発光ダイオード素子を採用してもよい。上記の複数の太陽電池セル の代わりに複数の発光ダイオード素子を組み込んだモジュールは、面発光機能のある発光モジュールである。
［８］前記実施例は一例を示すものに過ぎず、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例を部分的に変更して実施可能である。
本発明の受光又は発光用半導体モジュールは、太陽電池パネルや発光パネルに有効活用することができる。

Claims (13)

  1. 受光又は発光機能を有する半導体モジュールにおいて、
    支持基板と、
    前記支持基板上に複数列に且つ導電方向を列直交方向に揃えて配置された受光又は発光機能を有する複数の粒状の半導体素子と、
    光反射機能と導電機能を有する断面ほぼ逆Ｕ形の樋状の複数の金属製の板バネ部材であって、隣接する板バネ部材の自由端部間に各列の複数の半導体素子を挟む状態に平行に配設された複数の板バネ部材と、
    各列の複数の半導体素子を複数の板バネ部材を介して並列接続し且つ複数列の複数の半導体素子を複数の板バネ部材を介して直列接続する導電接続機構と、
    を備えたことを特徴とする受光又は発光用半導体モジュール。
  2. 複数の半導体素子と複数の板バネ部材の外周側を囲繞する外周枠が支持基板上に配置され、前記複数の半導体素子と複数の板バネ部材と外周枠の上面を覆う光透過性のケース板であって、前記支持基板と外周枠に固定解除可能に固定されるケース板が設けられ、
    前記ケース板により複数の板バネ部材の頂部を押圧して前記導電接続機構における複数の接触部の電気的接続を確保するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
  3. 前記半導体素子は、球状に形成され且つ正極と負極に夫々球の中心を挟んで対向する正電極と負電極とが形成され、正電極と負電極が前記板バネ部材の自由端部に接触するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
  4. 前記ケース板の表面側部分には、複数列に対応する複数のロッド状の凸レンズ部が一体的に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
  5. 前記支持基板のうちの複数の半導体素子の下方に対応する部位に、略半球状に窪んだ複数の凹部が形成され、各凹部には光透過性の弾力部材が収容され、前記半導体素子は弾力部材の表面に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
  6. 前記ケース板と外周枠との間にラバーパッキン枠が圧縮状態に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
  7. 前記支持基板の外周部の上面には、前記半導体モジュールの正極及び負極としての正電極被膜及び負電極被膜が外周枠の外側へはみ出すように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
  8. 前記支持基板の外周部の上面には、複数の板バネ部材に夫々電気的に接続される複数の電極被膜が前記外周枠の列方向両端の外側へはみ出すように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
  9. 前記板バネ部材の下端の１対の自由端部には、半導体素子の正電極又は負電極に接触させる為の接続フランジ部が夫々形成されていることを特徴とする請求項２に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
  10. 前記ケース板の内面には、複数の板バネ部材の頂部に夫々当接する複数の凹状係合部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
  11. 前記各列の半導体素子の正電極又は負電極が板バネ部材の自由端部に電気的に接続した状態にして予め固着され、前記受光又は発光用半導体モジュールの組立ての際に上記の半導体素子付きの板バネ部材が組み込まれることを特徴とする請求項３に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
  12. 前記半導体モジュールが太陽電池モジュールであることを特徴とする請求項１又は２に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
  13. 前記半導体モジュールが発光ダイオードモジュールであることを特徴とする請求項１又は２に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
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