JPWO2003094248A1 - 受光又は発光用パネルおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

粒状の光電変換機能のある複数の半導体素子（ソーラセル）を組み込んだ受光パネル、又は、粒状の電光変換機能のある複数の半導体素子（発光ダイオード）を組み込んだ発光パネルが開示されている。図示の太陽電池パネルにおいては、薄い透明合成樹脂製のプリント配線シート素材にプリント配線と複数行複数列のマトリックス状に保持孔を形成してプリント配線シートを構成し、このプリント配線シートの複数の保持孔に複数のソーラセルを夫々装着し、それらを透明な合成樹脂材料で樹脂封止し、外部に露出した正極端子と負極端子を形成し、複数の太陽電池パネルを直列接続や並列接続や直並列接続可能に構成した。太陽電池パネルは２次曲面的または３次曲面的に変形可能に構成することもある。

Description

技術分野
この発明は、プリント配線シートの複数の保持孔に受光素子又は発光素子を装着してから樹脂封止することにより簡単に製作可能な受光又は発光用パネルおよびその製造方法に関するものである。
背景技術
従来の太陽電池は、ｐ形半導体基盤の表面にｎ形拡散層を形成し、表面側に魚骨状の受光面電極を形成し、裏面側に裏面電極を形成し、全体を平板状のパネル構造に構成したものである。この平板状の太陽電池パネルでは、朝や夕方など太陽光の入射角度が大きくなると、反射光の割合が増加して入射光の割合が低下する。
そこで、従来から、１〜２ｍｍ位の直径の球状の半導体素子からなるソーラセルを用いた太陽電池パネルが種々提案されている。例えば、本願発明者は、ＷＯ９８／１５９８３号公報に示すように、球状半導体素子からなるソーラセルや発光デバイスを提案した。これらのデバイスは、球状のｐ形又はｎ形の単結晶シリコンに拡散層とｐｎ接合と単結晶シリコンの中心を挟んだ両端に１対の電極を形成してある。前記の多数のソーラセルを多数行多数列のマトリックス状に配置して、直並列接続し、透明な合成樹脂で埋め込み状に封止することで、太陽電池パネルとなる。このソーラセルは、１対の電極が両端に形成されているため、複数のソーラセルを直列接続する上で有利であるが、複数のソーラセルをマトッリックス状に整列させ、それら多数のソーラセルを直並列状に接続することは簡単ではない。
例えば、本願発明者は２枚のプリント基板の間に複数のソーラセルをマトッリックス状にサンドイッチ的に配置して直並列状に接続することを試みた。
しかし、１対のプリント基板上に複数のソーラセルを精密に位置決めして多数の電極を接続し、その上に他の１枚のプリント基板を重ねて多数の電極を接続しなければならないので、太陽電池パネルの構造が複雑になり、大型化し、部品コスト、組立コストが高価になり、太陽電池パネルの製作コストが高価になる。
ここで、多数の球状のソーラセルをマトリックス状に配置した太陽電池パネルとして、種々の構造のものが提案されている。
特開平６−１３６３３号公報には、２枚のアルミ箔を介して多数のソーラセルを並列接続した太陽電池パネルが提案されている。
特開平９−１６２４３４号公報に記載の太陽電池パネル（又は太陽電池シート）においては、絶縁性の縦糸と、異なる金属被膜を形成した第１，第２横糸とでメッシュを構成し、ｐ形の球状単結晶シリコンの表面に拡散層を形成した球状素子を多数製作し、前記メッシュの各目に球状素子を配置し、第１横糸を拡散層に接続すると共に第２横糸を球状単結晶に接続し、それらを合成樹脂にて樹脂封止する。
この太陽電池パネルは、特殊な構造のメッシュの製作が容易ではなく、製作コストも高価になるものの、太陽電池パネル（又は太陽電池シート）を自動化された装置により連続的に安価に量産可能である。
特開２００１−２１０８３４号号公報に記載の光発電パネルにおいては、ｐ形又はｎ形の球状結晶シリコンの表面に拡散層を形成した球状素子を多数製作し、プリント基板に形成した多数の穴に球状素子を嵌め込んで、プリント配線を多数の球状素子の拡散層に接続し、その後プリント基板の裏面側において多数の球状素子の拡散層をエッチングにて除去し、その多数の球状素子を組み込んだプリント基板を別のプリント基板上に載置して、各球状素子の球状結晶をプリント配線に接続する。この光発電パネルでは、多数の球状発電素子が並列接続されるため、１枚の光発電パネルの起電力を高めることができないし、２対のプリント基板を採用するため、部品のコスト、組立てコストが高価になり、光発電パネルの製作コストも高価になる。２対のプリント基板を採用するため、パネル剛性が高くなりやすく、可撓性のある光発電パネルを構成することが難しくなる。上記の何れも、球径を小さくするほど電極間の間隔が小さくなり小形化の妨げとなる。
本発明の目的は、多数の球状半導体素子であって各々が中心を挟んで対向する１対の電極を有する多数の球状半導体素子を１枚のプリント配線シートにより電気的に接続した受光又は発光用パネルを提供すること、可撓性のある受光又は発光用パネルを提供すること、簡単な構造で薄型に構成することのできる受光又は発光用パネルを提供すること、多数の球状半導体素子を直列接続、並列接続、直並列接続のうちの所望の接続方式で接続することのできる受光又は発光用パネルを提供することである。
発明の開示
本発明の受光又は発光用パネルは、複数の粒状の光電変換機能又は電光変換機能のある半導体素子を平面的に並べて組み込んだ受光又は発光用パネルにおいて、前記複数の半導体素子を位置決めし保持し電気的に接続する為の光透過性のプリント配線シートを設け、前記プリント配線シートは、複数行複数列のマトリックス状に配置され複数の半導体素子を夫々貫通させて半導体素子の高さ中段部を保持する複数の保持孔と、プリント配線シートの表面に形成され複数の半導体素子を電気的に接続するプリント配線とを備えたことを特徴とするものである。
この受光又は発光用パネルにおいては、１枚のプリント配線シートに多数の半導体素子を組み込んで、各半導体素子の高さ方向中段部を保持孔で保持し、各半導体素子の１対の電極をプリント配線に接続するので、多数の半導体素子の配置、位置決め、電気的接続を簡単に行うことができる。受光又は発光用パネルの厚さ方向のほぼ中間位置に１枚のプリント配線シートを組み込むので、多数の半導体素子の上下両側に１対のプリント配線シートを配置する場合に比較して、受光又は発光用パネルの厚さを小さくし、半導体素子を樹脂封止する為に必要な合成樹脂材料の使用量を少なくし、受光又は発光用パネルの薄形化、軽量化を図り、製作コストを低減することができる。
この受光又は発光用パネルは、平板的な構造以外に、２次曲面又は３次曲面的に変形可能な構造に構成することも可能であるので、汎用性に優れる。
この発明において、必要に応じて次のような種々の構成を採用してもよい。
（ａ）前記プリント配線シートとこのプリント配線シートに保持された複数の半導体素子とを、埋め込み状に被覆する透明な被覆材を設ける。
（ｂ）前記プリント配線シートは、透明な硬質の合成樹脂製の薄いシート材を素材にして構成する。
（ｃ）前記被覆材が軟質の合成樹脂材料で構成され、前記太陽電池パネルが２次曲面又は３次曲面的に変形可能な構造に構成される。
（ｄ）前記被覆材が硬質の合成樹脂材料で構成され、前記太陽電池パネルが硬質の平板的な構造に構成される。
（ｅ）前記半導体素子は、ｐ形又はｎ形の半導体製の球状の素子本体と、ｐｎ接合と、素子本体の中心を挟む両端部に形成され且つｐｎ接合の両端に接続された１対の電極とを備え、その１対の電極がプリント配線シートのプリント配線に接続される。
（ｆ）前記半導体素子は、ｐ形又はｎ形の半導体製の円筒体状の素子本体と、ｐｎ接合と、素子本体の軸心方向両端部に形成され且つｐｎ接合の両端に接続された１対の電極とを備え、その１対の電極がプリント配線シートのプリント配線に接続される。
（ｇ）前記受光又は発光用パネルの被覆材の受光又は発光側表面部分には、複数の部分球状のレンズ部を複数の半導体素子に対応する位置に形成する。
（ｈ）前記受光又は発光用パネルの被覆材の受光又は発光側表面部分には、複数の部分円柱状のレンズ部を複数の半導体素子の各列又は各行に対応する位置に形成する。
（ｉ）前記受光又は発光用パネルの受光又は発光側と反対側の表面部分には、光を反射させる反射膜を設ける。
（ｊ）前記プリント配線シートの各保持孔の外縁部のうち、半導体素子の少なくとも１対の電極に当接する外縁部部分にはプリント配線が連なっている。
（ｋ）前記プリント配線シートの各保持孔の外縁部には、半導体素子の少なくとも１対の電極に対応する１対の突出片であって、湾曲して１対の電極に当接する１対の突出片が形成される。
（ｌ）前記被覆材の両面が平行な平面に形成され、この両面にガラス板又はガラス製シートが設けられる。
（ｍ）前記被覆材の両面が平行な平面に形成され、受光又は発光側の平面にはガラス板又はガラス製のシートが設けられ、前記の平面と反対側の平面には光を光反射させる反射膜が設けられる。
本発明の受光又は発光用パネルの製造方法は、複数の粒状の光電変換機能又は電光変換機能のある半導体素子を平面的に並べて組み込んだ受光又は発光用パネルを製造する方法において、複数の半導体素子と、光透過性のプリント配線シート素材を準備する第１工程と、前記プリント配線シート素材に前記複数の半導体素子を接続する為のプリント配線を形成する第２工程と、前記プリント配線シート素材に複数行複数列のマトリックス状に複数の保持孔を打ち抜き加工してプリント配線シートを作る第３工程と、前記プリント配線シートの複数の保持孔に夫々半導体素子を嵌め込んでその高さ方向中段位置を保持し、半導体素子の１対の電極を前記プリント配線に電気的に接続する第４工程とを備えたことを特徴とするものである。
この受光又は発光用パネルの製造方法によれば、プリント配線と複数行複数列のマトリックス状に配置した複数の保持孔とを備えたプリント配線シートを製作し、このプリント配線シートの複数の保持孔に複数の半導体素子を嵌め込んで高さ方向中段位置を保持し、半導体素子の１対の電極を前記プリント配線に電気的に接続するので、前記のような種々の作用効果を奏する受光又は発光用パネルを簡単にかつ比較的安価に製作することができる。
この製造方法において、前記第４工程において、半導体素子の１対の電極の近傍部に低融点金属片を配置して加熱用ビームを照射ことで、１対の電極を前記プリント配線に電気的に接続してもよい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施形態は、受光パネルとしての太陽電池パネルに本発明を適用した場合の一例であり、この太陽電池パネルの製造方法と、その構造について説明する。
まず、第１工程において、図１に示すプリント配線シート素材１と、多数の（本実施形態では３６００個）の光電変換機能のある粒状の半導体素子２（以下、ソーラセルという）を準備する。
図１に示すように、前記プリント配線シート素材１は、エポキシ系合成樹脂、アクリル系合成樹脂、ポリエステル系合成樹脂、ポリカーボネート等の硬質合成樹脂製の薄い透明なシート材（例えば、厚さ０．４〜０．６ｍｍ、本実施形態では０．６ｍｍ）を、例えば２００ｍｍ×２００ｍｍのサイズに切断した平板状のものである。図２に示すように、ソーラセル２は、ｐ形単結晶シリコンからなる例えば直径１．５ｍｍの球状の素子本体３と、この素子本体３の表面部に例えばリン（Ｐ）を拡散したｎ形の拡散層４（厚さ約０．５μｍ）と、素子本体３と拡散層４の境界に形成されたほぼ球面状のｐｎ接合５と、素子本体３の中心を挟む両端部に対向状に形成された１対の電極６，７（正極６と負極７）であってｐｎ接合５の両端に接続された１対の電極６，７と、１対の電極６，７を除いて拡散層４の表面に形成されたパッシベーション用のＳｉＯ２の被膜８（厚さ約０．４μｍ）とを有するものである。
このソーラセル２は、例えばＷＯ９８／１５９８３号公報に、本願の発明者が提案した方法で製作することができる。この製造方法においては、ｐ形シリコンの小片を溶融させて、落下チューブの上端部から自由落下させ、表面張力の作用で球形に保持しつつ落下する間に放射冷却で凝固させて真球状の単結晶シリコンを作る。その真球状の単結晶シリコンに、公知のエッチングやマスキングや拡散処理等の技術により、拡散層４と、１対の電極６，７と、被膜８とを形成する。
前記１対の電極６，７は、例えば、それぞれアルミニウムペースト、銀ペーストを焼成して形成するが、電極６，７の直径は約３００〜５００μｍであり、厚さは約２００〜３００μｍである。但し、電極６，７は、メッキ法により形成してもよく、その他の方法で形成してもよい。各ソーラセル２は、光強度１００ｍＷ／ｃｍ２の太陽光を受光すると開放電圧約０．６Ｖの光起電力を発生する。但し、ソーラセル２は、ｎ形シリコンの素子本体にｐ形の拡散層を形成し、前記同様の１対の電極やパッシベーション用の被膜を形成したものでもよい。或いはまた、図３に示すように、ソーラセル２Ａの正極６と負極７とを識別し易くする為に、例えば、正極６側に平坦面３ａを形成する場合もある。また、粒状の半導体素子は必ずしも球状のものである必要はなく、図４に示すように、短円柱状のソーラセル２Ｂであってもよい。このソーラセル２Ｂは、ｐ形単結晶シリコンの短円柱状の素子本体１０（例えば、１．０〜１．５ｍｍφ、１．０〜１．６ｍｍＬ）と、その表面部のｎ形の拡散層１１と、ｐｎ接合１２と、Ｂ（ボロン）を拡散させた厚さ約０．２μｍのｐ＋形拡散層１３と、素子本体１０の軸心方向の両端部に形成された１対の電極１４，１５（正極１４、負極１５）と、ＳｉＯ２からなるパッシベーション用の被膜１６などを備えたものである。
次に、第２工程において、図５に示すように、プリント配線シート素材１に、図示のようなプリント配線２０を形成する。プリント配線２０は、例えば２．５ｍｍピッチの格子状に形成された複数の縦線２１及び複数の横線２２と、正極端子線２３及び負極端子線２４とを有する。
プリント配線２０は、銅被膜（厚さ１００μｍ）の表面に半田の被膜（厚さ１００μｍ）を形成したものであり、縦線２１と横線２２の線幅は例えば５００μｍであり、正極端子線２３と負極端子線２４の線幅は例えば５．０ｍｍであり、正極端子線２３と負極端子線２４は、プリント配線シート素材１の左端部と右端部に夫々形成される。尚、このプリント配線２０は、通常のプリント基板のプリント配線と同様に、銅箔を積層し不要部分をエッチングで除去することで形成する。
次に、第３工程において、図６、図７に示すように、プリント配線シート素材１に、例えば６０行６０列のマトリックス状に多数の保持孔２５を打抜き成形加工してプリント配線シート２６を製作する。この場合、所定の金型をプレス機械にセットし、プリント配線２０を形成したプリント配線シート素材１に打抜き加工を施す。保持孔２５は、ソーラセル２を嵌め込んで保持可能な正六角形の孔である。各列の保持孔２５は、プリント配線２０の縦線２１とこれに隣接する縦線２１との間に配置され、各列の保持孔２５の各々は縦線２１間の横線２２の大部分を分断するように形成され、保持孔２５の外縁部のうちソーラセル２の１対の電極６，７に当接する外縁部部分には横線２２が連なっている。但し、保持孔２５は、必ずしも正六角形である必要はなく、円形でもよく、正方形でもよく、その他の形状でもよい。
尚、プリント配線シート素材１を構成する合成樹脂材料としてエキシマレーザのレーザ光で分解できる材料を選択し、マスキング技術を併用して、エキシマレーザにより多数の保持孔２５を簡単に高精度に形状することも可能である。
次に、第４工程において、図７〜図１０に示すように、プリント配線シート２６の３６００個の保持孔２５に夫々ソーラセル２を嵌め込んでソーラセル２の高さ方向中段位置（電極６，７に対応する中段位置）を保持し、ソーラセル２の１対の電極６，７をプリント配線２０に電気的に接続する。この場合、３６００個のソーラセル２は導電方向を図７の右から左へ揃えて装着され、各ソーラセル２の正極６と負極７が対応する横線２２に接続される。
３６００個のソーラセル２は６０行６０列のマトリックス状に配置され、各行のソーラセル２は、横線２２により直列接続され、各列のソーラセル２はその両側の縦線２１により並列接続される。図７において、最も左側の列のソーラセル２の正極６は、複数の横線２２により正極端子線２３に接続され、最も右側の列のソーラセル２の負極７は、複数の横線２２により負極端子線２４に接続される。
このように、３６００個のソーラセル２は直並列接続された状態になるため、日陰や故障により正常に作動しないソーラセル２が存在する場合にも、正常なソーラセル２で発生する電流は、正常に作動しないソーラセル２を迂回して流れる。
各ソーラセル２を保持孔２５に装着する際、図９に示すように、プリント配線シート２６を所定の組立台の上に載置し、ソーラセル２の正極６が保持孔２５の左側の横線２２に臨み、負極７が保持孔２５の右側の横線２２に臨むようにソーラセル２を保持孔２５にセットし、上方から押圧体２７によりソーラセル２を押して保持孔２５に嵌め込み、図１０に示すように、正極６と負極７とを対応する横線２２の銅被膜２８と半田被膜２９とに密着させる。その後、電極６，７と半田被膜２９の接触部に、加熱用のビーム３０（レーザビームや赤外線ビーム）を照射し、半田被膜２９を電極６，７に融着させる。
次に、第５工程において、図１１に示すように、多数のソーラセル２を装着したプリント配線シート２６の上下両面に、軟質の透明な合成樹脂材料（例えば、ＥＶＡ樹脂、シリコーン樹脂など）からなる被膜をコーティングしてから、それらを所定の金型を用いて適度な押圧力で圧縮成形することにより、多数のソーラセル２を樹脂封止する被覆材３１を形成する。このように、多数のソーラセル２を装着したプリント配線シート２６を被覆材３１の内部に埋め込み状に樹脂封止して被覆すると、図１１、図１２に示すような太陽電池パネル３５が完成する。
この太陽電池パネル３５は、上方から来る太陽光を受光するように構成されるため、太陽電池パネル３５の上面が受光側の面であり、下面が反受光側の面である。但し、被覆材３１は硬質の透明な合成樹脂材料（例えば、アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂、ポリエチレン系合成樹脂、ポリカーボネート等）で構成してもよい。前記被覆材３１は各保持孔２５内の隙間にも充填される。
被覆材３１の下面膜３１ａは厚さは例えば約４００〜６００μｍに成形され、被覆材３１の上面膜３１ｂは厚さは例えば約２００〜４００μｍに成形される。太陽光の受光性能を高めるために、各列又は各行のソーラセル２の上面側には上面側へ膨らんだ部分円柱状のレンズ部３２が形成される。但し、部分円柱状のレンズ部３２の代わりに、各ソーラセル２の上面側へ膨らんだ部分球状のレンズ部を形成してもよい。この太陽電池パネル３５のソーラセル２をダイオード記号で図示すると、この太陽電池パネル３５の等価回路３６は図１３のようになる。３６００個のソーラセル２（ダイオード記号で図示）が直並列接続され、正極端子線２３の両端部が正極端子２３ａとなり、負極端子線２４の両端部が負極端子２４ａとなる。
図１２に示すように、太陽電池パネル３０の４隅部には、被覆材３１の上面膜３１ｂを形状しない凹部３４が夫々形成され、前記の正極端子２３ａと負極端子２４ａが凹部３４に露出している。
この太陽電池パネル３５の作用、効果について説明する。
各ソーラセル２は、光強度１００ｍＷ／ｃｍ２の太陽光を受光すると約０．６Ｖの光起電力を発生し、太陽電池パネル３５は、６０個のソーラセル２を直列接続してあるため、太陽電池パネル３５の太陽光による光起電力の最大電圧は約３６Ｖである。
正極端子２３ａや負極端子２４ａを介して、複数の太陽電池パネル３５を直列接続したり、並列接続したり、直並列接続したりすることができる。図１４は、複数の太陽電池パネル３５を直列接続した例を示し、図１５は、複数の太陽電池パネル３５を直並列接続した例を示す。
この太陽電池パネル３５は、家庭用のソーラ発電システム、自動車や電車や船舶等の移動体における種々のソーラ発電システム、電子機器や電気機器の小型の電源として用いるソーラセル発電システム、或いは、充電器などその他種々のソーラ発電システムに適用することができる。
太陽電池パネル３５は、光透過性の構造であるので、上方からの光も、下方からの光も受光して光電変換可能であるが、この太陽電池パネル３５を、固定的に設置されるソーラセル発電システムに適用する場合には、図１１に鎖線で図示のように、太陽電池パネル３５の下面側（受光面と反対側の面）に上方から入射した太陽光をソーラセル２の方へ反射する金属製の反射膜３３又は反射板を設けることが望ましい。
プリント配線シート素材１は硬質の合成樹脂で構成されているが、被覆材３１が軟質の合成樹脂からなり、プリント配線シート２６の厚さも小さく、プリント配線シート２６には多数の保持孔２５が形状されて変形し易くなっているため、太陽電池パネル３５は、２次曲面的にも３次曲面的にも変形可能である。そのため、建物や移動体やその種々の物体の曲面状の表面に沿わせる状態に配置して使用することも可能である。例えば、自動車のボディの表面に貼りつけた形態でも使用することができる。尚、太陽電池パネル３５を平面的に配置して使用する場合には変形させる必要がないので、被覆材３１を硬質の合成樹脂で構成してもよい。この太陽電池パネル３５においては、１枚のプリント配線シート２６に多数のソーラセル２を組み込んで、各ソーラセル２の高さ方向中段部を保持孔２５で保持し、各ソーラセル２の電極６，７をプリント配線２０に接続する構成を採用したので、多数のソーラセル２の配置、位置決め、電気的接続を簡単に行うことができる。太陽電池パネル３５の厚さ方向のほぼ中間位置に１枚のプリント配線シート２６を組み込むので、多数のソーラセル２の上下両側に１対のプリント配線シートを配置する場合に比較して、太陽電池パネル３５の厚さを小さくし、被覆材３１などに必要な合成樹脂材料の使用量を少なくし、太陽電池パネル３５の薄形化、軽量化を図り、製作コストを低減することができる。
プリント配線シート２６のプリント配線２０により、多数のソーラセル２を直並列接続してあるため、日陰や故障により作動不良のソーラセル２が存在していても、正常なソーラセル２で発生した電流は作動不良のソーラセル２を迂回して流れるため、多数のソーラセル２の稼働率が高くなる。
太陽電池パネル３５の正極側端部の両端部に正極端子２３ａを形成し、負極側端部の両端部に負極端子２４ａを形成し、それらを露出してあるため、複数の太陽電池パネル３５を電気的に接続することができ構造が簡単になる。しかも、太陽電池パネル３５に複数のレンズ部３２を形成してあるため、太陽光の入射角が変化しても、太陽光が入射し易くなるから、太陽光を利用する利用率を高めることができる。
次に、太陽電池パネル３５の構造を部分的に変更する例について説明する。
１〕図１６に示すように、プリント配線シート２６Ａに形成する保持孔２５Ａをソーラセル２を保持可能な正方形に形成し、保持孔２５Ａに嵌め込んだソーラセル２の１対の電極６，７に接触するプリント配線の横線２２Ａの幅を大きく形成して厚肉の半田バンプを設け、１対の電極６，７を電気的に接続しやすく構成してある。
２〕図１７に示すように、プリント配線シート２６Ｂに形成する保持孔２５Ｂを正六角形に近い形状ではあるが、各保持孔２５Ｂの外縁部には、ソーラセル２の少なくとも１対の電極６，７に対応する１対の突出片２２ａであって、ソーラセル２を装着した際に湾曲して１対の電極６，７に当接する１対の突出片２２ａが形成される。これら１対の突出片２２ａはプリント配線の横線２２の部分を突出したものであり、電極６，７と横線２２との接触面積が大きくなる。
３〕図１８に示すように、前記レンズ部３２を省略して、被覆材３１の上面膜３１ｃの上面を平面に形成する。この太陽電池パネル３５Ａは、ガラス等の平板の間に挟み込んだ状態で使用するのに好適である。尚、図１９に示すように、この太陽電池パネル３５Ｂの下面に上方からの光をソーラセル２の方へ反射させる反射膜４０を形成してもよい。
４〕図２０に示すように、この太陽電池パネル３５Ｃにおいては、受光側と反対の下面側には上方からの光をソーラセル２の方へ反射させる金属製の反射膜４１であって上面側に透明絶縁膜を形成した反射膜４１を貼り付け、受光側の上面側には、前記の被覆材３１の上面膜３１ｂと同様の被覆材４２を設ける。反射膜４１は、例えばステンレス製の薄板や膜材で構成するが、アルミニウム箔で構成してもよい。但し、被覆材４２は、前記の被覆材３１と同様の合成樹脂で構成してもよいし、硬質の透明な合成樹脂（例えば、エポキシ系合成樹脂、アクリル系合成樹脂等）で構成してもよい。
５〕図２１に示す太陽電池パネル３５Ｄにおいては、軟質の透明合成樹脂からなる被覆材４３を受光面側にのみ設け、被覆材４３の受光側の上面をソーラセル２の上端とほぼ同レベルに平面に形成し、被覆材４３の反受光側の下面をソーラセル２の下端とほぼ同レベルに平面に形成する。この太陽電池パネル３５Ｄは、薄く軽量であるため、電子機器（パソコン、携帯電話等）のポータブルな電源に適したソーラ発電ユニットを製作することができる。
図２２に示す太陽電池パネル３５Ｅは、図２１と同様の構造の太陽電池パネルの上下両面に、表面の保護の為に薄い強化ガラスシート４４，４５を貼りつけたものである。図２３に示す太陽電池パネル３５Ｆは、図２２の太陽電池パネル３５Ｅにおける下面の強化ガラスシート４５の代わりに、金属製の反射膜４６又は反射板を貼りつけたものである。
６〕図２４は、太陽電池パネルの等価回路の変更例を示す。ソーラセル２（ダイオード４７で図示）の光起電力をＥｏとすると、この太陽電池パネルの出力電圧は２Ｅｏとなる。図２５は、太陽電池パネルの等価回路の別の変更例を示す。複数の電池４８が複数行複数列のマトリックス状に配置される。１個の電池４８は、複数のソーラセル２を直列接続したものであり、その光起電力をＥ１（Ｖ）とすると、太陽電池パネルの出力電圧もＥ１（Ｖ）となる。このように、太陽電池パネルの複数行複数列のソーラセル２を直並列接続する電気回路としては種々の形態に構成することができ、必要とする光起電力に適した電気回路を構成することができる。
７〕前記太陽電池パネルにおける被覆材を構成する合成樹脂材料としては、種々の透明な合成樹脂材料（例えば、エポキシ系合成樹脂、アクリル系合成樹脂、シリコーン樹脂、ポリエチレン系合成樹脂、ポリカーボネート、ポリイミド、メタクリル等々）を適用可能である。或いはまた、前記のプリント配線シート１を軟質の透明合成樹脂で構成し、被覆材を軟質の透明な合成樹脂材料で構成してもよい。
８〕前記実施形態においては、中実状のソーラセル２を例として説明したが、光電変換機能のある中空状ソーラセル（図示略）を採用することも可能である。
この中空状ソーラセルは、ｐ形（又はｎ形）シリコンからなる素子本体３が中空のものである。この中空状素子本体を製作する場合は、石英製のるつぼ内で溶融させたｐ形シリコンを石英製のノズルの先端から落下チューブ内に気泡を含む液滴を滴下させ、落下中に真球状に凝固させることになる。この場合、溶融状態のｐ形シリコンを石英製のノズルの先端から落下チューブ内を落下させる直前に、溶融状態のシリコンの液滴内にアルゴン等の所定量の不活性ガスを充填させることにより、気泡を含む液滴を形成することができる。
９〕前記実施形態の太陽電池パネル３５においては、プリント配線シート２６の全部の保持孔２５にソーラセル２を装着したが、一部の保持孔２５には、ソーラセル２の代わりに金属製の導電球体（図示略）を装着し、その導電球体からリード線を引き出して、所望の電圧の光起電力を取り出すように構成してもよい。或いは、必要に応じて、一部の保持孔２５に絶縁材料製の絶縁球体（図示略）を装着し、プリント配線の縦線２１を分断するように構成してもよい。
１０〕前記太陽電池パネルのソーラセル２は半導体としてシリコンを採用した場合を例として説明したが、ソーラセル２の素子本体を構成する半導体としては、ｐ形又はｎ形のＧｅを適用可能であり、種々の化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ等々）も適用可能である。
１１〕太陽電池パネルで発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ回路、種々のスイッチ類および配線等を太陽電池パネルの外周側の余分のスペースに組み込むこと可能である。
１２〕前記実施形態は、受光パネルとしての太陽電池パネル３５であって、粒状の半導体素子としてのソーラセル２を採用した太陽電池パネル３５を例として説明した。しかし、ソーラセル２の代わりに電光変換機能のある粒状の発光ダイオードを採用し、それら発光ダイオードを複数段に直列接続し、各段の発光ダイオードにほぼ所定の直流電圧が印加されるように構成すれば、面発光する発光パネルやディスプレイを構成することができる。
このような粒状の発光ダイオード（球状の発光ダイオード）の製造方法は、本願発明者がＷＯ９８／１５９８３号公報に提案した方法と同様であるので、ここでは、球状発光ダイオードの構造について簡単に説明する。
図２６に示すように、球状発光ダイオード５０は、直径１．０〜１．５ｍｍのｎ形ＧａＡｓからなる素子本体５１と、その表面近傍部に形成されたほぼ球面状のｐ形拡散層５２と、ほぼ球面状のｐｎ接合５３と、陽極５４及び陰極５５と、蛍光体被膜５６などからなる。素子本体５１は、ｐｎ接合５３から発生する赤外線のピーク波長が９４０〜９８０ｎｍとなるようにＳｉを添加したｎ形ＧａＡｓから構成されている。ｐ形拡散層５２は、Ｚｎのｐ形不純物を熱拡散させたものであり、ｐ形拡散層５２の表面の不純物濃度は２〜８×１０１９ｃｍ−３である。
蛍光体被膜５６は、発光させる光の色に応じた異なる蛍光物質が採用される。
赤色光を発生させる蛍光物質としてはＹ０．７４Ｙｂ０．２５Ｅｒ０．０１ＯＣｌが適用され、緑色光を発生させる蛍光物質としてはＹ０．８４Ｙｂ０．１５Ｅｒ０．０１Ｆ３が適用され、青色光を発生させる蛍光物質としてはＹ０．６５Ｙｂ０．３５Ｔｍ０．００１Ｆ３が適用される。前記の陽極５４（厚さ１μｍ）はＺｎを１％添加したＡｕで構成され、陰極５５（厚さ１μｍ）はＧｅとＮｉを少量添加したＡｕで構成されている。
この粒状の発光ダイオード５０においては、陽極５４から陰極５５に約１．４Ｖの電圧が印加されると、ＧａＡｓのｐｎ接合５３から波長約９４０〜９８０ｎｍの赤外線が発生し、その赤外線により蛍光体被膜５６の蛍光物質が励起されて赤外線が蛍光物質に応じた可視光（赤色光、緑色光または青色光）に変換されて蛍光体被膜５６の全面から外部へ出力される。
例えば、前記プリント配線シート２６の全ての保持孔２５に赤色光を発生させる発光ダイオードを装着して各行の６０個の発光ダイオードを直列接続し、陽極側の端子から陽極側の端子に約６０×１．４Ｖの直流電圧を印加すると、３６００個の発光ダイオードで赤色光を面発光する発光パネルとなる。同様にして、緑色光を発生させる発光パネル、青色光を発生させる発光パネルを構成できる。
更に、単色又は複数色で文字や記号や画像を表示可能なディスプレイとして適用できる発光パネルを構成することもできる。前記のＷＯ９８／１５９８３号公報に提案したように、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ（赤、緑、青）用の粒状の発光ダイオードを組み込んだカラーのディスプレイまたはカラーテレビを構成することもできる。但し、発光パネルに組み込む発光ダイオードの種類とその組み合わせ、複数の発光ダイオードの配置形態（複数行複数列のマトリックス配置形態における行数と列数）などについては、ディスプレイやテレビのサイズや機能に応じて設定される。また、粒状の発光ダイオード５０の素子本体５１の直径は前記に限定される訳ではなく、１．０ｍｍ以下、或いは１．５ｍｍ以上とすることも可能である。また、前記の球状の発光ダイオード５０の素子本体５１としては、中空状の素子本体を適用することもできるし、あるいは、中空部の代わりに絶縁体からなる絶縁球体を組み込んだ素子本体を適用することもできる。
尚、前記発光ダイオード用の半導体としては、前記の素子本体を構成する半導体としてのＧａＡｓの代わりに、ＧａＰ、ＧａＮ、その他種々の半導体を適用可能である。
１３〕前記の１２〕欄に説明したような発光パネルを２次曲面的や３次曲面的に変形可能な構造に構成する場合には、その発光パネルを用いて、図２７、図２８に示すような、円筒形の発光装置６０を製作することができる。
この発光装置６０は、ガラス、透明又は不透明の合成樹脂、または、金属などの材料で構成された内筒６１と、この内筒６１の表面に円筒状に湾曲させて貼り付けた発光パネル６２と、この発光パネル６２に外嵌させたガラスまたは透明な合成樹脂製の表面保護体としての外筒６３などで構成されている。この発光パネル６２には、前記の太陽電池パネルと同様に、電光変換機能のある複数の半導体素子６４が複数行複数列のマトリックス状に装着されている。
但し、前記の内筒６１の代わりに、前記と同様の材料からなる半円筒体、部分円筒体、中空球体、半中空球体、部分中空球体、または、湾曲面を有する湾曲面体を採用し、これらの表面に発光パネルを貼り付け、この発光パネルの表面にガラス又は透明な合成樹脂製の表面保護体を貼り付けてもよい。
尚、以上の説明は発光装置を例として説明したが、発光パネルの代わりに、受光パネルを採用すれば、以上のような種々の形態の受光装置を実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施形態に係るプリント配線シート素材の平面図であり、図２はソーラセルの断面図であり、図３は別のソーラセルの断面図であり、図４は別のソーラセルの断面図であり、図５はプリント配線を形成したプリント配線シート素材の平面図であり、図６はプリント配線シートの平面図であり、図７は多数のソーラセルを装着したプリント配線シートの平面図であり、図８は図７の要部拡大図であり、図９はプリント配線シートとソーラセル（装着途中）の要部拡大断面図であり、図１０はプリント配線シートとソーラセル（装着後）の要部拡大断面図であり、図１１は太陽電池パネルの要部拡大断面図であり、図１２は太陽電池パネルの平面図であり、図１３は太陽電池パネルの等価回路の回路図であり、図１４は直列接続した複数の太陽電池パネルの概略平面図であり、図１５は直並列接続した複数の太陽電池パネルの概略平面図である。
図１６は変更例のプリント配線シートとソーラセルの要部拡大平面であり、図１７は変更例のプリント配線シートの要部拡大平面であり、図１８は変更例の太陽電池パネルの要部拡大断面図であり、図１９は変更例の太陽電池パネルの要部拡大断面図であり、図２０は変更例の太陽電池パネルの要部拡大断面図であり、図２１は変更例の太陽電池パネルの要部拡大断面図であり、図２２は変更例の太陽電池パネルの要部拡大断面図であり、図２３は変更例の太陽電池パネルの要部拡大断面図であり、図２４は変更例の太陽電池パネルの等価回路の回路図であり、図２５は変更例の太陽電池パネルの等価回路の回路図であり、図２６は球状発光ダイオードの断面図であり、図２７は変更例の発光装置の斜視図であり、図２８は図２７のＡ−Ａ線断面図である。

Claims (16)

  1. 複数の粒状の光電変換機能又は電光変換機能のある半導体素子を平面的に並べて組み込んだ受光又は発光用パネルにおいて、
    前記複数の半導体素子を位置決めし保持し電気的に接続する為の光透過性のプリント配線シートを設け、
    前記プリント配線シートは、
    複数行複数列のマトリックス状に配置され複数の半導体素子を夫々貫通させて半導体素子の高さ中段部を保持する複数の保持孔と、
    プリント配線シートの表面に形成され複数の半導体素子を電気的に接続するプリント配線とを備えたことを特徴とする受光又は発光用パネル。
  2. 前記プリント配線シートとこのプリント配線シートに保持された複数の半導体素子とを、埋め込み状に被覆する透明な被覆材を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の太陽電池パネル。
  3. 前記プリント配線シートは、透明な硬質の合成樹脂製の薄いシート材を素材にして構成されたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光用パネル。
  4. 前記被覆材が軟質の合成樹脂材料で構成され、前記太陽電池パネルが２次曲面又は３次曲面的に変形可能な構造に構成されたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光用パネル。
  5. 前記被覆材が硬質の合成樹脂材料で構成され、前記太陽電池パネルが硬質の平板的な構造に構成されたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光用パネル。
  6. 前記半導体素子は、ｐ形又はｎ形の半導体製の球状の素子本体と、ｐｎ接合と、素子本体の中心を挟む両端部に形成され且つｐｎ接合の両端に接続された１対の電極とを備え、その１対の電極がプリント配線シートのプリント配線に接続されたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光用パネル。
  7. 前記半導体素子は、ｐ形又はｎ形の半導体製の円筒体状の素子本体と、ｐｎ接合と、素子本体の軸心方向両端部に形成され且つｐｎ接合の両端に接続された１対の電極とを備え、その１対の電極がプリント配線シートのプリント配線に接続されたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光用パネル。
  8. 前記受光又は発光用パネルの被覆材の受光又は発光側表面部分には、複数の部分球状のレンズ部を複数の半導体素子に対応する位置に形成したことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光用パネル。
  9. 前記受光又は発光用パネルの被覆材の受光又は発光側表面部分には、複数の部分円柱状のレンズ部を複数の半導体素子の各列又は各行に対応する位置に形成したことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光用パネル。
  10. 前記受光又は発光用パネルの受光又は発光側と反対側の表面部分には、光を反射させる反射膜を設けたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光用パネル。
  11. 前記プリント配線シートの各保持孔の外縁部のうち、半導体素子の少なくとも１対の電極に当接する外縁部部分にはプリント配線が連なっていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の受光又は発光用パネル。
  12. 前記プリント配線シートの各保持孔の外縁部には、半導体素子の少なくとも１対の電極に対応する１対の突出片であって、湾曲して１対の電極に当接する１対の突出片が形成されたことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の受光又は発光用パネル。
  13. 前記被覆材の両面が平行な平面に形成され、この両面にガラス板又はガラス製シートが設けられたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光用パネル。
  14. 前記被覆材の両面が平行な平面に形成され、受光又は発光側の平面にはガラス板又はガラス製のシートが設けられ、前記の平面と反対側の平面には光を光反射させる反射膜が設けられたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光用パネル。
  15. 複数の粒状の光電変換機能又は電光変換機能のある半導体素子を平面的に並べて組み込んだ受光又は発光用パネルを製造する方法において、
    複数の半導体素子と、光透過性のプリント配線シート素材を準備する第１工程と、
    前記プリント配線シート素材に前記複数の半導体素子を接続する為のプリント配線を形成する第２工程と、
    前記プリント配線シート素材に複数行複数列のマトリックス状に複数の保持孔を打ち抜き加工してプリント配線シートを作る第３工程と、
    前記プリント配線シートの複数の保持孔に夫々半導体素子を嵌め込んでその高さ方向中段位置を保持し、半導体素子の１対の電極を前記プリント配線に電気的に接続する第４工程と、
    を備えたことを特徴とする受光又は発光用パネルの製造方法。
  16. 前記第４工程において、半導体素子の１対の電極の近傍部に低融点金属片を配置して加熱用ビームを照射ことで、１対の電極を前記プリント配線に電気的に接続することを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の受光又は発光用パネルの製造方法。
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