KR101443043B1 - 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터 - Google Patents
구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101443043B1 KR101443043B1 KR1020097000238A KR20097000238A KR101443043B1 KR 101443043 B1 KR101443043 B1 KR 101443043B1 KR 1020097000238 A KR1020097000238 A KR 1020097000238A KR 20097000238 A KR20097000238 A KR 20097000238A KR 101443043 B1 KR101443043 B1 KR 101443043B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- delete delete
- electrical
- photovoltaic cell
- photodiode
- semiconductor
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 137
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 50
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims abstract 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 69
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 51
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 36
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 35
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 16
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 16
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 9
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 7
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 4
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 claims 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 145
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 54
- 239000010408 film Substances 0.000 description 35
- 238000003491 array Methods 0.000 description 34
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 30
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 24
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 24
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 19
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 15
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 14
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 14
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 10
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 10
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 9
- 235000010215 titanium dioxide Nutrition 0.000 description 9
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 8
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 8
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 8
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000011532 electronic conductor Substances 0.000 description 7
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 6
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 6
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 6
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 3
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 3
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 3
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 3
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 3
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 240000002329 Inga feuillei Species 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 2
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- SYNPRNNJJLRHTI-UHFFFAOYSA-N 2-(hydroxymethyl)butane-1,4-diol Chemical compound OCCC(CO)CO SYNPRNNJJLRHTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006105 Aramica® Polymers 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003345 Elvax® Polymers 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001025261 Neoraja caerulea Species 0.000 description 1
- 230000005679 Peltier effect Effects 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical group [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- KYKAJFCTULSVSH-UHFFFAOYSA-N chloro(fluoro)methane Chemical compound F[C]Cl KYKAJFCTULSVSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- RZVXOCDCIIFGGH-UHFFFAOYSA-N chromium gold Chemical compound [Cr].[Au] RZVXOCDCIIFGGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 1
- 239000012799 electrically-conductive coating Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000002648 laminated material Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001844 prenyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])=C(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001012 protector Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003362 replicative effect Effects 0.000 description 1
- 239000006120 scratch resistant coating Substances 0.000 description 1
- 230000003678 scratch resistant effect Effects 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 230000001568 sexual effect Effects 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004447 silicone coating Substances 0.000 description 1
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002470 thermal conductor Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- -1 wires Substances 0.000 description 1
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical group [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/035281—Shape of the body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/055—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means where light is absorbed and re-emitted at a different wavelength by the optical element directly associated or integrated with the PV cell, e.g. by using luminescent material, fluorescent concentrators or up-conversion arrangements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
소형의 광학부품을 구비한 소형의 광전지 셀은 열 분배 표면을 가지며, 매우 높은 광집중으로 반도체의 높은 이용성이 달성될 수 있다. 이산 포토다이오드는 고성능 특성, 정밀한 치수 및 저비용의 구형 및 기타 기하학적 형상으로 성형된 셀로 형성될 수 있다. 본 발명은 자신의 기하학적 구조 형태, 탄성적인 전기적 장착들을 사용함으로써 이산 광전지 셀을 제공하고, 이를 내화성 및/또는 반사형 광학부품의 소형 광 컨센트레이터 시스템에 연결하고, 이러한 포토다이오드로의 전기적 네트워크 접속을 열팽창을 조정하면서 신뢰성 있게 행하고, 저비용이고 신뢰가능한 전력 어레이를 형성한다. 전기적 커넥터 및 네트워크는 반사 광학부품 및 열 제거 시스템의 부분을 형성할 수 있다. 전기적 상호접속 시스템은 또한 포인트 고장을 스스로 수정하고 신뢰성 있는 네트워크를 형성할 수 있다.
광학부품, 광전지, 포토다이오드, 광 컨센트레이터 시스템, 전기적 커넥터.
Description
본 발명은 구형(spherical) 광전지(photovoltaic cells)들과 탄성적으로 결합(elastically coupled)되는 마이크로 콘센트레이터(micro concentrator)에 관한 것이다.
맑고 화창한 날에, 태양은 지구 표면의 평방미터 당 대략 1,000 와트의 에너지를 조사(照射))한다. 태양 에너지를 전력으로 변환하는 것은 지구의 증대하는 에너지 수요에 대한 이상적인 에너지원의 해결책(power source solution)이 될수 있다. 태양 에너지에 대한 주요한 제약은 시스템의 비용이 높다는 것이다. 현재, 가장 양호한 광전지 (태양전지) 시스템은 대략 $2/Watt를 달성하였지만, 종래의 전력원들과 경합하기 위하여는, 비용 요인(factor)을 1/4으로 감소, 또는 $0.5/Watt를 달성할 필요가 있다.
태양전지 어레이(배열)(solar array)의 비용 가운데 대부분은 현재의 태양 전지 장치에서 사용되는 대량의 고가의 반도체에 기인한다. 현재의 태양 전지의 기술은 어레이(배열)는 고가이고, 비효율적이며, 종종 신뢰 불가능하게 한다. 본 발명에서의 혁신(innovation)적인 특징은 과열되지 않고 효율 저하가 없는 작은 이산(離散) 태양전지에 의한 효율적인 열 제거 효과로, 고가의 반도체를 더 잘 이용하여 광을 집중(농축)시키는 탄성적인 접촉(elastic contact)을 갖는 전지(cell)들의 어레이를 양산하는 방법을 제공하는 것이다. 따라서, 시스템 반도체의 비용 구성비(system semiconductor cost component)가 감소될 수 있다. 단위 면적당 집광부품의 비용(concentrating optics costs)이 반도체들의 비용보다 상당히 낮은 경우, 광전지(photovoltaic cells=태양전지) 전체의 단위면적당 생산비용과 생산된 전력의 비용은 감소 된다. 반도체들에 비하여 훨씬 더 낮은 초소형 집광 시스템(micro-optical concentration systems)의 비용으로 인하여, 현재의 광전지(태양전지)의 재료의 비용을 4배에서부터 수 백배까지 감소 (4분의 1에서 수백분의 1로 감소)할수 있다는 것이 본 발명에 의하여 추산되었다.
수 천개의 이산 포토다이오드(discrete photodiode)들의 광전지 어레이를 생성하는 실용적인 양상은 어느 한 온도 범위(range temperature)에 걸쳐서 수천개의 반도체에 전기적 및 내열성 접속(electrical and thermal connections)을 신뢰성 있고 효율적으로 행하는 도전을 초래하였다. 플라스틱 기판(plastic substrate) 위에 장착된 긴 스트링(string)으로 된 실리콘 포토다이오드(silicone photodiode)들을 생성하려는 시도는, 어셈블리(assembly)에서 발생하는 차동(differential) 열 팽창으로 인한 응력(stresses)과 구열 손상(cracking failure)을 초래한다는 것이 발견되었다. 본 발명에서, 반도체 몸체(semiconductor body)들을 적소에 유지하고 조립된 시스템이 만곡되는 것을 가능하게 하고, 온도 계수들의 범위를 갖는 유사하지 않은 재료들 사이의 접촉 또는 기계적 분해를 손실함이 없이 광범위한 온도 변화를 견뎌낼수 있는 탄성적인 전기적 및 열적 접촉들이 사용된다. 시스템의 차동 열 팽창 또는 만곡(flexure)으로 인하여 전기적 접촉들에서 항복 응력(yield stress)이 축적되는 것을 피하기 위하여 기판상에서 전기적 접촉 및 회로의 방향을 주기적으로 변화시키는 기하도형적 배열(geometry)이 또한 사용될 수 있다. 이로써, 전기적 접촉을 탄성적인 형태(regime)로 유지할 수 있다. 전기적 접촉은 함께 용접 또는 솔더링(soldering)될 수 있지만, 솔더링 또는 용접된 부위들 상에서 탄성적 압축(elastic compression)을 여전히 유지함으로써 전기적 접촉이 열 팽창 및 기계적 진동으로 인해 솔더링되거나 용접된 부위에서 항복 응력에 도달하지 않도록 한다. 전기적 접촉은 구성부품들의 구축에서 어레이를 넓은 허용오차(tolerance)를 갖는 상태로 조립하는 것을 가능하게 한다.
마이크로-집광과, 효율적이고 히트-싱킹(heat-sinking)의 개념은 잎(leaves)들 상의 빗방울들과 같은 작은 광학적 요소들이 잎(leaves)들을 열로 연소시킴이 없이 일광(sunlight)을 수 백배의 강도로 작은 지점(spot)에 집중시킬 수 있다는 간단한 관찰에서 나온다. 일광을 집중시킴으로써, 태양전지들은 고가의 반도체 재료들을 사용하여, 상기 반도체 재료들을 이산적인 셀(discrete cells)들, 전기적 접속들로서 제조되고 마이크로 집광 미러(mirror)들 및 렌즈(lens)들과 일체(mating)로 된 실용적인 장치로서 생성되는 광전지 어레이로 변환시키므로서 더 효율적이고 더 높은 비용효율로 사용할 수 있다(미국 특허 5,482,568). 본 발명에서 상기 개념을 테스트(test)하기 위한 여러 집광기 시스템들을 구성하였다. 2 cm 직경의 원통형 글라스 로드(glass rod), 시트 알루미늄 후방 반사체(sheet aluminum back reflector), 및 2 m m 폭의 결정질 광전지를 사용한 태양 집광 시스템으로 집광부품이 없는 광전지에 비하여 전력 출력에서 7배의 증가를 달성 하였다. 광(light) 집중(광농축)을 갖는 광전지에서 대수롭지 않은 정도의 불리한 온도 증가가 존재하였다. 또 다른 실험에서, 실리콘 광전지 상에서 18 미크론(microns)의 스폿 크기(spot size)를 갖는 현미경 대물 렌즈로부터의 초점 스폿(focused spot)이 2도의 온도 상승만을 나타내면서 34,000 일광의 집광농도를 달성하였다는 것이 관측되었다. 광전지의 성능은 광전지 상의 단일 스폿 내로의 더 높은 광 집중으로 인하여 성능의 3% 감소만을 나타내었다. 따라서, 작은 치수의 광학부품들과 작은 광전지 및 열 분배 면들에 의하여, 매우 높은 집광농도 및 이로 인한 반도체들의 높은 이용도가 달성될 수 있다.
이 특허의 발명은 실용적인 전력 시스템을 형성하기 위하여 막대한 수의 광 콘센트레이터들 및 개별적인 셀(cells)들을 신뢰 가능하고 저비용으로 형성하는 실용적인 측면(aspect)에 초점을 맞춘다. 전기 커넥터(electrical connector)는 우리의 이전 미국 특허 5,482,568 특허에서와 같이 각 반사광학부품들의 부분을 형성할 수 있다. 이 전기적 상호접속 시스템은 또한 포인트 페일러(failures)들을 견디는 신뢰 가능한 네트워크를 형성할 수 있다.
도 1은 유전체 재료 내의 슬롯을 도시한 도면
1. 유전체 재료
2. 슬롯
3. 평활한 측면
4. 둥근 측면
도 2는 성형된 접촉 슬롯 또는 홀의 단면도
10. 외부면 상의 전자 컨덕터(electron conductor)
11. 유전체 기판
12. 평활면 상의 제 1 전자 컨덕터 코팅
13. 슬롯
14. 슬롯의 둥근 공간 측면 상의 제 2 전자 컨덕터
15. 재료의 외부 평활면 상의 전자 컨덕터
16. 성형된 홀의 하부
17. 탄성적 기판 필름
도 3은 구형 포토다이오드(photodiode)를 유지하는 성형된 접촉 슬롯 또는 홀의 단면도
20. 제 1 외부 전기적 컨덕터또는 전극
21. 유전체 기판
22. 슬롯 내의 제 1 전기적 컨덕터
23. 구(sphere)의 내부 도핑된(doped) 영역 상의 접촉
24. 외부 도핑(doped)된 층
25. 구의 도핑된 내부
26. 구 상의 외부 도핑된 영역 상의 전기적 접촉
27. 슬롯의 외부의 구부러진 섹션(section) 상의 전기적 접촉
28. 유전체 기판의 외부면 상의 전기적 접촉 또는 전극
29. 구형 반도체의 반사방지 코팅(antireflection coating)
30. 슬롯 글루(slot glue) 또는 실리콘 코팅의 하부
31. 슬롯 또는 홀(Slot or hole)
32. 비드의 평활한 측면(Flat side of bead)
33. 슬롯의 평활한 측면
도 4는 구형 포토다이오드를 고정 유지하기 위한 평활한 측면을 갖는 반구 형상(hemispherical shaped)의 홀(hole)을 도시한 도면
35. 컨덕터 코팅
36. 홀의 평활한 스폿(spot) 상의 컨덕터 코팅 또는 전기적 접속
37. 유전체 기판 내의 홀
38. 전기적 브레이크(electrical break)
39. 외부면 상의 전기적 컨덕터
40. 홀의 구형 측면 상의 전기적 커넥터 컨덕터
도 5는 유리 몰딩된 렌즈/미러 광학부품(glass molded lens/mirror optic) 상의 시스템의 예를 도시한 도면
49. 투명한 유전체 실런트(Transparent dielectric sealant)
50. 투명한 렌즈/미러 광학부품 2D 또는 3D
51. 미러 위치 상의 전기적 컨덕터
52. 반도체 구(semiconductor spheres)
53. 반도체 상의 제 2 접촉
54. 전기적 컨덕터 및 외부 시리즈 어레이 접촉(oouter series array contact)
55. 대향측 전기적 접촉 위에 걸친 전기적 컨덕터
56. 보호적 후방 플레이트(protective back plate)
57. 유전체 실런트
58. 반사방지 코팅 및 유리 보호제(glass protectant)
59. 유전체 실런트
도 6은 어레이의 후방 반사체 셀 부착 버전을 도시한 도면
60. 굴절매체 재료(refractor material)
61. 상부 렌즈
62. 하부 미러
63. 포토다이오드 컵 또는 슬롯
64. 외부 전기적 컨덕터
65. 반도체(The semiconductor)
66. 유전체 기판
67. 후방 플레이트 또는 코팅은 반사체 또는 스캐터(scatter)일 수 있다
68. 후방 코팅 반사체 또는 스캐터
69. 성형된 슬롯
85. 실리콘 러버 실런트(silicone rubber sealant)
도 7은 구형 광학부품들을 도시한 도면
70. 상부 렌즈에서의 횡단면
71. 전기적 컨댁터 및 미러의 횡-단면
72. 투명 재료의 횡-단면 또는 유리
73. 반도체 구(sphere)로의 전기적 접촉
74. 반도체 구(semiconductor sphere)
75. 구(sphere)로의 둥근 측면의 전기적 접촉
76. 구(sphere)로의 여러 전기적 접촉들의 단면
77. 전기적 접촉 코팅
78. PN 접합 및 전기적 접촉을 갖는 반도체 구(semiconductor sphere)
79. 전기적 브레이크 또는 절연체 갭
80. 제 2 전기적 접촉
81. 셀(전지)들 사이의 육각형 분리선. 이 셀은 또한 정사각형 패킹(square packing)일 수 있다
도 8은 구(sphere)들이 얇은 필름 어레이 내로 패킹(packed)될 때의 전기적 와이어링(wiring)을 도시한 도면
90. 몰딩된 유전체 기판
91. 전기적 도전성 필름
92. 평활한 측면(flat side) 및 내부 재료 상의 전기적 접촉
93. 내부 도핑(doped)된 반도체
94. 외부 도핑된 층
95. 외부 도핑된 표면 상의 접촉
96. 둥근 측면의 접촉
97. 접촉 전극
98. 홀 상의 날카로운 정사각형 측면과 끼워맞춤되지 않을 반전된 반도체
99. 외부면(Outer surface)의 도핑된 층(droped layer)
100. 내부 도핑된 층(Inner doped layer)
101. 평활한 측면의 전기적 접촉
102. 평활한 측면의 접촉
103. 평활한 측면의 홀 유전체를 갖는 몰딩된 반구가 또한 신틸레이터(scintillator)일 수 있다
104. 둥근 측면의 전기적 접촉
105. 정전기적 도전성 필름
106. 외부면(outside surface)이 검게 된 후방 반사체 또는 스캐터러(scatterer)
107. 검게 된 외부면
108. 몰딩된 슬롯 또는 홀
도 9는 렌즈/미러 사이에서 클램핑(clamping)되는 접혀진(folded) 시트를 도시한 도면
110. 형성된 투명한 렌즈 및 미러(유리)
111. 전기적 접속 탭(tab)
112. 전자 도전성 코팅(반사체)
113. 유전체 기판
114. 후방 금속 플레이트(back metal plate) 또는 열 전도성 기판
115. 반도체 구
116. 전기 출력 접속
117. 반사방지 코팅 또는 TiO2 및/또는 스크래치-방지 또는 마모-방지 또는 다른 최적의 집광 방식들 또는 자외선 광 필터
118. 일렉트로닉스(electronics) 또는 배터리(batteries)들
119. 열적 상 변화 재료(thermal phase change material)
120. 절연된 컨테이너 또는 박스(insulated container or box) 또는 인클로우져(enclosure)
121. 팬 모터 또는 액추에이터(fan motor or actuator)
122. 공기 흐름
123. 팬 또는 밸브
124. 열 파이프 또는 열 순환 시스템
125. 검게 된 후방면 또는 광 전류 어레이(photovoltaic arrays)
126. 광학적 결합 및 실링 재료 또는 인터페이스 층
도 10A는 렌즈 및 후방 집광 플레인 시스템(back concentration plane system)을 도시한 도면
109. 공기 갭
127. 유전체 기판
128. 탄성적 층
129. 렌즈의 표면과 로우 앵글(low angle)을 갖는 광선
130. 렌즈 어레이
131. 광선들(Light rays)
132. 포토다이오드 또는 반도체
133. 포토다이오드 기판 표면 및 전극들 또는 탄성적 접촉들
134. 전기적 브레이크들
도 10B는 프레널 렌즈(Fresnel lens) 및 후방 집광 플레인 시스템을 도시한 도면
125. 제 2 전극 및 광 반사체
136. 광선들
137. 프레널 렌즈(Fresnel lens)
138. 포토다이오드
139. 유전체 기판
140. 제 1 전기적 접촉 및 반사체
도 10C는 단일 포물선형 및 전방면 집광 플레인 시스템을 도시한 도면
141. 투명한 유전체 창(window)
142. 포토다이오드
143. 광선
144. 전기적 접촉
145. 포물선형 반사체
162. 공기 또는 투명 매체
164. 투명한 전극
도 10D는 카시그라니안 광학부품(Cassigranian optic)들 및 후방 집광 표면 플레인 시스템을 도시한 도면
146. 투명 창
147. 제 2 반사체
148. 광선들
149. 제 1 반사체
150. 포토다이오드(Photodiode)
151. 전기적 컨덕터
152. 유전체 기판
153. 공기 또는 투명 매체
도 10E는 굴절률 그래디언트(gradient) 집광 렌즈들(GRIN 렌즈들) 및 후방 집광 시스템을 도시한 도면
155. 고(high index)굴절률 층
156. 두 번째로 높은 굴절률 층
157. 세 번째로 높은 굴절률 층
158. 광선(Light rays)
159. 전기적 컨덕터들 또는 접촉전극
160. 포토다이오드
161. 최저 굴절률 또는 캐비티
도 10F는 스펙트럼 확산 적색-녹색 및 기울어진 광학부품 시스템들을 도시한 도면
주의: 격자 및 홀로그래픽 스펙트럼 확산들이 또한 이 기울어진 광학부품 배열들에서 사용될 수 있다는 것이 지적되어야 하고 아마도 도시되어야 한다.
165. 광선(Light ray)
166. 높은 색수차(chromatic aberration)(또는 간섭 격자)를 갖는 굴절률 재료
167. 전기적 접촉들 및 반사체들
168. 녹색 광 포토다이오드(Green light Photodiode)
169. 청색 광 포토다이오드(Blue light Photodiode)
170. 적색 광 포토다이오드(Red light Photodiode)
171. 적색 광선( Red light ray)
172. 녹색 광선(Green light ray)
173. 청색 광선(Blue light ray)
도 11은 반구형 계층화된 포토다이오드 스택(semi-spherical layered photodiode stack)에 결합된 색수차를 도시한 도면
174. 반사방지 코팅
175. 광선
176. 렌즈
177. 청색 광선
178. 적색 광선
179. 적색 광의 초점 포인트
180. 청색 광 포토다이오드 층 상의 청색 광 스폿(Blue light spot) 또는 존(zone)
181. 적색 광 포토다이오드 층
182. 중앙 전기적 접촉 또는 버튼
183. 외부 층 접촉
184. 녹색 광 흡수 층
199. 녹색 광 광자(Green light photons)
도 12A는 2개의 연마된 층을 가진 구형 포토다이오드 스택(stack)을 도시한 도면
270. 외부 림 접촉(outer rim contact)
271. 외부 포토다이오드 층
272. 중간 포토다이오드 층
273. 중앙 전기적 접촉
274. 중앙 포토다이오드 층 또는 도핑된 층
275. 중앙 전기적 접촉
도 12B는 2개의 면을 가진 연마된 셀들 또는 1개의 면을 가진 연마된 셀들을 위한 측면 대 측면(side to side) 및 림(rim) 접촉 클램프(clamp)를 도시한 도면
280. 전기적 접촉
281. 림(Rim) 전기적 접촉
282. 외부 포토다이오드 층
283. 중간 포토다이오드 층
284. 중앙 포토다이오드
285. 중앙 전기적 접촉
286. 중앙 전기적 접촉
287. 전기적 접촉
288. 유전체 기판(Dielectric substrate)
289. 후방 전기적 접촉
290. 중간 포토다이오드 층
291. 외부 포토다이오드 층
292. 외부 림 전기적 접촉
293. 몰딩된(Molded) 유리 커버 렌즈 또는 미러(mirror)
294. 탄성적인 투명한 인터페이스 재료
295. 유전체 재료 내의 슬롯 또는 캐비티
도 13A는 낮은 마찰 계수 표면 상의 정렬된 비대칭 반-구(semi-spheres)들을 도시한 도면
185. 음원(Sound source)
186. 음파(sound)들
187. 테플론 표면(Teflon surface)
188. 성형된 반도체 비드(bead)
189. 비드의 평활한 측면
190. 후방 전기적 표면 또는 고전압 전극
191. 높은 전압원(High voltage source)
192. 전기 접지(Electrical ground) 또는 발전기
193. 푸셔 플레이트(pusher plate) 또는 그리드(grid)들의 상부의 접지면
도 13B는 낮은 마찰 계수 표면 상의 정렬된 반-구(semi-spheres)들 및 푸셔(pusher)를 도시한 도면
200. 푸셔 플레이트(Pusher plate) 또는 푸싱 바
201. 플레이트 상의 정렬된 구(Aligned spheres)
202. 푸셔 플레이트 상의 성형된 슬롯
203. 푸셔 플레이트 상의 반구형상(Hemispheric shaped)의 리세스(recess)
204. 테플론(Teflon) 표면 유전체
205. 금속 플레이트
도 13C는 전기적 접촉 클램프 내로 정렬된 반-구(semi-spheres)를 주입하는 푸셔를 도시한 도면
210. 유전체 기판 클램프 또는 홀더
211. 전기적 접촉 및 미러
212. 성형된 캐비티(Shaped cavity) 또는 성형된 개구
213. 비대칭 포토다이오드 비드
214. 전기적 접촉
215. 성형된 푸셔의 하부에서의 실리콘 러버(Silicone rubber) 접촉면
216. 푸셔 플레이트 또는 푸셔 바
217. 테플론 필름
218. 후방 플레이트 또는 지지 플레이트
219. 유전체 성형된 기판 및 미러 상의 제 2 전극
220. 비드의 평활한 측면 상의 제 2 접촉
221. 비드의 평활한 측면(Flat side bead)
222. 푸셔 플레이트 상의 성형된 캐비티
도 14는 성형된 렌즈 미러 회로 클램프 내의 포토다이오드로의 중앙 평활 포인트 접촉 및 측면 접촉의 단면도
230. 외부의 투명한 반사방지 및 보호 코팅
231. 내화성 유전체 재료 렌즈-미러
232. 유전체이고 광학적으로 투명한 글루(glue) 또는 광학적 결합 재료
233. 반도체 포토다이오드 또는 연마 로드
234. 광학적으로 투명한 글루(glue) 또는 광학적 결합 재료
235. 낮은 마찰 계수를 가질 수 있는 유전체 코팅
236. 낮은 마찰 계수를 가질 수 있는 유전체 코팅
237. 림 접촉 전극
238. 림 접촉 전극
239. 후방 유전체 기판 및 전기적 접촉 세퍼레이터(electrical contact separator)
240. 중앙 전기적 도전성 중앙 접촉
241. 후방 유전체 기판
242. 포토다이오드 중앙 접촉으로의 전기적 접촉 및 회로
243. 포토다이오드 중앙 접촉과 인접한 포토다이오드의 림 접촉 사이의 비아 전기적 접속(via electrical connection)
도 15는 광전류 어레이(photovoltaic array)의 등가의 전기 회로의 개략도.
250. 출력 접속, 동작적으로 양의 극성(operationally positive polarity)
251. 버스(bus) 전기적 접속
252. 포토다이오드
253. 유전체 인슐레이터 서미스터(dielectric insulator thermistor) 또는 배리스터(varistor) 상의 얇은 와이어 또는 금속 필름
254. 역 전류 체크(reverse current check) 다이오드
255. 버스 전기적 접속
256. 동작적으로 음인(operationally negative) 전기적 접속
257. 바이패스 다이오드(bypass diode)들
258. 유전체들 또는 배리스터들 상의 얇은 필름의 전기적 컨덕터
본 발명의 여러 전형적인 실시예들이 이하에서 설명된다. 이러한 도면들에서, 조립과 배열들에서의 여러 변형들이 도시될 것이다. 도 1에서, 슬롯은 유전체 재료 내에서 커팅(cutting)되거나, 소다 석회 유리와 같은 재료로부터 몰딩된다. 유리 슬롯은 일측 상에 평활한 측면(flat side)(3)으로서 형성되고, 이 후에 도 3에 도시되는 측면이 그루브(grooved)된 반원형 구(spheres)들의 곡률과 정합하도록 타측인 둥근측면(round side)(4) 상에서 구부러진다. 슬롯(2)은 반도체의 작은 장착 편차들을 수용하기 위하여 평활한 측면부(3) 상에 약간의 테이퍼(taper)를 갖고 상기 슬롯(2)으로의 반도체 구의 타이트한 웨징 끼워맞춤(tight wedging fit)을 형성하여도 좋다. 다른 유전체 재료들의 예들은 아래와 같다.
ㆍ폴리아라미드 플라스틱(Asahi-Dase Chemical Corporation Co. Ltd. Aramica Division, 1-3-1 Yakoh, Kawaski-Ku, Kawasaki City, Kanagwa 210-0863 Japan).
ㆍ폴리이미드 플라스틱, Dupont Films, HPF Customer Services, Wilmington, DE 19880
ㆍ실리콘 러버, Sylgard® 184 Silicone Optical coupling adhesive Dow Corning, Dow Corning Corporation, Auburn Plant, 5300 11 Mile Road, Auburn MI 48611 USA
ㆍEVA Elvax®(에틸렌-비닐 아세테이트) Dupont Corporation, Wilmington, DE 19880이다.
도 2에서, 유전체 내로 커팅 또는 몰딩된 슬롯(13)을 갖는 유전체 기판(11)의 단면도가 도시되어 있다. 상기 도 2는 또한 단일 반도체 비드를 유지하기 위한 둥근 반구 홀을 관통하는 횡단면의 예의 역할을 할 수 있다. 상기 도 2에서, 실리콘 러버(Sylgard® 184 Silicone optical coupling adhesive)와 같은 탄성적 기판 필름(17)이 유전체기판(11) 유리 기판 재료 내에서 슬롯(13) 내로 증착되고(deposited) 경화(cure)되게 된다. 금, 백금, 팔라듐, 은, 주석, 알루미늄, 안티몬, 납, 구리, 아연, 티타늄, 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐, 알루미늄, 니켈, 탄소, 실리콘, 철, 크롬, 바나듐, 니오브, 지르코늄, 인듐, 이러한 재료들의 합금들과 같은 전기적 도전성 필름인 전자 컨덕터(10, 12, 14, 15) 또는 산화 주석, 산화 아연, 붕소 도핑된 다이아몬드와 같은 도전성 화합물들이 탄성적 기판 필름(17) 상으로 진공 증착된다. 도전성 필름인 전자 컨덕터(12, 14)은 슬롯(13) 내로 어느 정도 까지 증착된다. 도전성 필름과 반도체 비드가 접촉하는 접촉 포인트 전자 컨덕터(12, 14)는 비드가 적당한 장소에 확실히 위치해 있을 때 슬롯의 에지의 최상부 부근에 있을 것이다. 전기적 접촉 필름인 전자 컨덕터(12, 14)는 유전체 기판, 즉 슬롯(16)의 하부 상으로는 증착되지 않는다. 도전성 필름 전자 컨덕터(12, 14)에서의 이 갭(16)은 반도체 마운트(semiconductor mount)에서 전기적 브레이크를 형성한다. 홀(hole)(13)의 평활 전극면인 전자 컨덕터(12) 및 만곡 전극면인 제2전자 컨덕터(14)이 포토다이오드의 각 해당하는 평활 전극들과 만곡 전극들과 접촉하면 도 3에 도시된 반도체 비드의 운동학적 마운트(kinematic mount)를 형성하게 된다.
반도체의 구형 비드의 단면도가 도시되어 있는 도 3에서, 25. 24, 29, 26은 유전체(21)의 슬롯(31) 내로 위치된다. Sphelar® 실리콘 포토다이오드(Kyosemi Corporation 949-2 Ebisu-cho의 Sphelar® 상표, Fushimi-ku Kyoto-shi 612-8201 Japan)과 같은 포토다이오드 비드(32)의 평활한 측면은 슬롯(33) 또는 홀의 평활한 측면에 정렬된다. 비드가 정확하게 정렬될 때, 상기 비드는 슬롯(31) 또는 홀(31) 내로 재빨리 들어가서(slip into), 홀(31) 안으로 끼워맞춤되어 홀(31)을 거의 완전하게 채울 수 있어야 한다. 평활한 측면을 갖는 구형 비드가 홀 또는 슬롯(31)에 대하여 오정렬될 때, 비드는 홀 또는 슬롯(31) 내로 완전히 들어갈 수 없게 된다. 이러한 중요한 특징(key-like feature)은 셀들의 반대 극성이 접속되는 것을 피하고, 음향을 사용하여 비드(beads)들 또는 유전체 기판(21)을 진동시켜 구형 반도체 비드(25, 24, 29, 23, 26)들을 "흔들어" 적절한 방향을 잡게 하며, 반도체 비드의 정렬은 슬롯 내에서 이루어지며, 가장 양호한 구형 반도체의 전기적 접촉(23, 26)들은 슬롯들 또는 홀(31)의 필름 접촉(contactors)(32, 27)들과 접촉을 행한다. 홀 또는 슬롯(31)의 하부에 실리콘 러버와 같은 부착성이고, 정전기적이거나 에너지 흡수성 표면인 비드의 평활한 측면(32)의 필름을 가짐으로써 비드들은 슬롯에 정확하게 끼워맞춤 되고 슬롯의 하부와 접촉될 때 홀 또는 슬롯(31) 내에 고정될 것이다. 슬롯은 비드들을 그 안으로 밀어넣을 때에 비틀어 열 수 있는 큰 시트 프레임(sheet frame)의 부분이고, 반도체 비드들이 모두 제자리를 잡고 슬롯들 내에서 탬핑(tamping) 되었을 때, 상기 큰 시트 프레임이 가해졌던 힘으로부터 릴리스(release)됨으로써, 반도체 비드들 상에 클램핑 력(clamping force)을 생성하고 전기적 접촉을 행할 수 있다.
동작 시에, 광은 전자-홀 쌍들을 생성하는 P/N 접합 도핑된 층(24,25)과 영역{내부(25) 상의 P 도핑된 영역 및 외부 상의 N 도 외부 도핑된 반도체(24))}에서 반도체 비드(24, 25)를 통과(penetrate)한다. 전자 쌍들의 분리는 비드(33)의 평활한 부분의 양의 극성(postive polarity)과 비드(26) 상의 외부 접촉 상의 음의 극성을 생성한다. P/N 접합에 전압 및 전류를 공급하는 역 프로세스가 행해질 수 있고, 포토다이오드는 전자 홀 쌍들의 재결합으로 광을 생성할 수 있다. P 재료(25) 및 전기적 접촉(23) 또는 전극(22)은 열전쌍의 하나의 접합을 형성할 수 있다. N 재료 접합 외부 도핑된 반도체(24), 전기적 접촉 및 전극(26)(27)은 열전쌍의 다른 접합을 형성할 수 있다. 반도체 접합 도핑된 층(25, 24)이 광 또는 적외선 방사에 의해 가열되면, 접촉들은 반도체 접합 도핑된 층(25, 24)이 전극 히트 싱크(electrodes heat sink)(20, 28)보다도 온도가 상승하고, 도핑된 반도체(25, 24) 전극 접촉 포인트(26, 23)들 및 제 1 외부 전기적 컨덕터인 전극(20, 28)들로부터 온도 그래디언트(gradient)를 가지며, 제베크 효과(Seebeck effect)가 셀에 걸쳐서 전압을 생성하기에 충분한 내열성을 갖도록 설계된다.
이러한 셀들은 광전지들과 같이 직렬로 접속될 수 있고, 전력을 생성한다. 전류가 제베크 효과에 대한 역방향으로 이러한 셀들을 통해 통과하면, 반도체 접합 도핑된 층(24, 25)들은 전기적 컨덕터인 전극(20, 28)들로부터 열을 제거하고 펠티에 효과(Peltier effect)에 의해 반도체 접합 도핑된 층(24, 25)을 가열할 것이다. 전기적 접촉(26 및 23)들은 자신들의 포인트 접촉들 및 유전체 터널링 층(dielectric tunneling layer)들을 형성하는 것과 같이 낮은 열적 도전성을 가지도록 형성될 수 있다. 저열 수송(low thermal transport)을 갖는 다른 가능한 전기적 접촉들은 유전체와 부분적으로 전기적 접촉(26)을 형성하고, 진공 갭 터널링이 발생하여 전자들을 N 도핑된 층(24)으로부터 전극(27)들로 이동시키도록 하는 매우 근접한 전극들을 갖는 것이다. 반도체 비드 접촉(23, 26)들에 대한 2개의 전극(20, 28)들의 기판(21) 과 서브 층(19, 34)들로부터의 탄성적 압축은 시스템이 하나의 온도 범위를 통과하고 팽창 계수들이 전극(20, 28)들, 기판(21), 및 반도체(24, 25)들 사이에서 매우 다르더라도 이러한 구성부분 사이의 접촉 치수(contact dimension)들을 유지한다. 이렇게 되면, 슬롯 또는 홀(31) 내의 반도체 비드의 어셈블리는 광전지 어레이들, 발광 다이오드들, 열전쌍들, 또는 펠티에 냉각기들 또는 열이온 컨버터들을 위한 직렬 및 병렬 회로들로 전기적으로 접속(28, 20)되고 광학부품들에 결합이 되는 셀들의 더 큰 어레이의 부분이 된다. 슬롯(31)의 하부에서, 셀을 슬롯 내에 고정시키기 위하여 글루(glue)(30)가 사용된다. Sylgard® 184와 같은 글루(30)는 광학적으로 투명하고, 기판(21)재료와 반도체 비드의 평활한 측면(32) 사이의 광학적 결합 재료 역할을 하는데, 이것은 동작시에 일광이 기판(21)을 통하여 반도체 비드의 평활한 측면(32) 내로 들어오고 있는 경우에 바람직하다. 글루(30)는 또한 비드의 외부 상의 반사방지 코팅(29)(반사방지 탄화플루오르 코팅들, Mihama Corporation,1-2-8 Toranomon, Minato-ku, Tokyo 105-8437 Japan)과 함께 반사방지 코팅의 역할을 할 수 있다. 반도체(25)의 로드(rod)들이 또한 이 슬롯의 기하도형적 배열(외형) 내에서 사용될 수 있다는 것이 언급될 필요가 있다.
이러한 셀들은 광전지들과 같이 직렬로 접속될 수 있고, 전력을 생성한다. 전류가 제베크 효과에 대한 역방향으로 이러한 셀들을 통해 통과하면, 반도체 접합 도핑된 층(24, 25)들은 전기적 컨덕터인 전극(20, 28)들로부터 열을 제거하고 펠티에 효과(Peltier effect)에 의해 반도체 접합 도핑된 층(24, 25)을 가열할 것이다. 전기적 접촉(26 및 23)들은 자신들의 포인트 접촉들 및 유전체 터널링 층(dielectric tunneling layer)들을 형성하는 것과 같이 낮은 열적 도전성을 가지도록 형성될 수 있다. 저열 수송(low thermal transport)을 갖는 다른 가능한 전기적 접촉들은 유전체와 부분적으로 전기적 접촉(26)을 형성하고, 진공 갭 터널링이 발생하여 전자들을 N 도핑된 층(24)으로부터 전극(27)들로 이동시키도록 하는 매우 근접한 전극들을 갖는 것이다. 반도체 비드 접촉(23, 26)들에 대한 2개의 전극(20, 28)들의 기판(21) 과 서브 층(19, 34)들로부터의 탄성적 압축은 시스템이 하나의 온도 범위를 통과하고 팽창 계수들이 전극(20, 28)들, 기판(21), 및 반도체(24, 25)들 사이에서 매우 다르더라도 이러한 구성부분 사이의 접촉 치수(contact dimension)들을 유지한다. 이렇게 되면, 슬롯 또는 홀(31) 내의 반도체 비드의 어셈블리는 광전지 어레이들, 발광 다이오드들, 열전쌍들, 또는 펠티에 냉각기들 또는 열이온 컨버터들을 위한 직렬 및 병렬 회로들로 전기적으로 접속(28, 20)되고 광학부품들에 결합이 되는 셀들의 더 큰 어레이의 부분이 된다. 슬롯(31)의 하부에서, 셀을 슬롯 내에 고정시키기 위하여 글루(glue)(30)가 사용된다. Sylgard® 184와 같은 글루(30)는 광학적으로 투명하고, 기판(21)재료와 반도체 비드의 평활한 측면(32) 사이의 광학적 결합 재료 역할을 하는데, 이것은 동작시에 일광이 기판(21)을 통하여 반도체 비드의 평활한 측면(32) 내로 들어오고 있는 경우에 바람직하다. 글루(30)는 또한 비드의 외부 상의 반사방지 코팅(29)(반사방지 탄화플루오르 코팅들, Mihama Corporation,1-2-8 Toranomon, Minato-ku, Tokyo 105-8437 Japan)과 함께 반사방지 코팅의 역할을 할 수 있다. 반도체(25)의 로드(rod)들이 또한 이 슬롯의 기하도형적 배열(외형) 내에서 사용될 수 있다는 것이 언급될 필요가 있다.
도 4에는, 비드의 형상에 적합하게 형성된 홀(37)의 예 및 전기적 접속(36)이 도시되어 있다. 홀(37)은 전기적 접촉 필름이 증착되는 평활한 에어리어인 컨덕터 코팅(35), 유전체(또는 절연체)를 가지며, 전기적 브레이크(electrical break)(38) 에어리어는 마스크 오프(mask off)되고, 홀(37)의 구형 측면 상의 전기적 커넥터 컨덕터(40)을 코팅하는 제 2 전기적 접촉인 외부면 상의 전기적 컨덕터(39)가 도시되어 있다.
도 4에는 단면도로 도시된 비대칭 반도체 비드가 홀(37) 내에 배치될 때, 상기 비대칭 반도체 비드는 구 및 비드의 평활면(36)이 평행인 경우에만 홀 내로 끼워 들어갈 수 있게 되는 것이 도시되어 있다.
도 5에는, 투명한 광학 렌즈/미러(50)에 결합된 전기적 접촉(54, 51, 53, 55)들이 구비된 반도체 구(spheres)(52)의 어레이(array)의 단면도가 도시되어 있다. 포토다이오드 어레이는 전방 면(front surface)(58) 상의 반사 방지 코팅을 갖는 만곡 렌즈 외측 에어리어를 가지는 성형된 유리(glass)(50) 편(piece)을 코팅함으로써 형성된다. 유리(50)의 후면은 집광 미러들로 성형된다. 미러(mirror) 코팅들 및 전기적 도전성 필름(electrical conductive film)(51, 53, 55)은 유리(50)의 후방 면(back surface) 상에 코팅된다. 유리 또는 투명 재료(EVA)인 투명한 광학 렌즈/미러(50)의 후방측은 성형된 반도체 비드가 슬롯 내로 끼워질 때, 비드를 탄성적으로 고정 유지하도록 성형되는, 그 안에 형성된 반도체 비드를 위한 슬롯(49)을 갖는다. 비드의 슬롯벽(slot walls)과의 금속 대 금속 접촉 포인트에서의 슬롯 벽의 대략 5도의 경사(slope)의 테이퍼는 비드가 끼워진 틈 밖으로 밀려나올 수 있는 힘보다 훨씬 높은 마찰력에도 슬롯 밖으로 미끄러져 나올 수 없도록 보증할 것이다. 미러 코팅들 및 전극(54, 51, 53, 55)들은 전극들 사이에 전기적 브레이크를 형성하기 위하여 유리(50) 내의 슬롯(49)들의 하부 내가 아니라, 미러 반사체 에어리어들을 코팅하기 위해 각도 제어된 진공 증착(angular controlled vaccuum evaporation), 잉크젯 프린팅(ink jet printing), 또는 각도 제어된 플라즈마 스프레이잉(angular controlled plasma spraying)으로 증착된다. 이 코팅되지 않은 영역(49)는 광에 투과적이다. 미러 반사체 전극(54, 51, 53, 55)들에 적절한 필름은 유리를 주석으로 코팅한 후 투명한 산화 주석까지 산화함으로써 형성된다. 반도체 구(52)들은 유리의 슬롯 내로 삽입되어 끼워진다 (wedged). 형성된 후방 커버 플레이트는 포토다이오드들의 어레이 위에 배치되고, 실리콘 러버 실런트(sealent)로 유리 광학부품 및 다이오드 어레이에 글루잉(glued)된다. 후방 플레이트(56), 반사체, 히트 싱크(heat sink)의 배치는 후방 플레이트(56)의 유전체 실런트(dielectric sealent)(59)인 필름을 통하여 반도체 구(spheres)들 상에 탄성적 압력을 가할 수 있다. 유전체 실런트(59) 재료는 실리콘 러버, 또는 폴리이미드일 수 있고, 또한 후방 플레이트를 전극(54, 51, 53, 55)들, 반도체 비드(52) 및 투명한 렌즈(50)의 유리에 부착하는 글루(glue)일 수 있다. 글루는 또한 반도체 구(52)와 투명한 렌즈(50) 사이의 트로프(trough)(49)인 유전체 실런트 내로 침투할 수 있고, 유리 및 반도체 사이의 굴절 천이 재료의 지표 역할을 할 수 있다. 실런트가 또한 먼지 및 오물로부터 반도체를 밀봉하기 위하여 주위 (perimeter) 또는 어레이에 배치된다. 알루미늄 후방 플레이트는 태양전지들과 대향하는 밝은 연마 표면, 또는 백색 스캐터링 표면을 가질 수 있다. 후방 플레이트의 외부면은 후방면 방사 영역이 후방 플레인을 차게 유지하는 것을 돕기 위하여 흑색 실리콘 페인트와 같은 코팅을 가질 수 있다. 셀들의 후방측을 실링하고 셀들과 후방 플레인 사이의 양호한 열적 접촉을 보장하기 위하여 실리콘 러버 실런트가 또한 사용될 수 있다. 전극(54, 51, 53, 55)들과 반도체 비드(52)들 사이의 전기적 접촉은, 모든 접촉들을 용접하도록 큰 전류를 생성하기 위하여 전기 바이어스에 의한 플래시 램프 조명(flash lamp illumination)에 의하여 또는 진공 오븐(vaccum oven) 내에서 어셈블리를 가열함으로써 보장될 수 있다. 다른 가능한 접촉 보장 방법들은 열을 인터페이스 접촉들로 지향시키기 위한 유리 또는 실리콘 비드들을 통한 접촉들로의 초음파 에너지 펄스이다. 납들을 회로(54, 55)의 에지(edges)들에 솔더링(soldering)하는 것은 초음파 펄스들을 사용하여 부착해도 된다.
도 6에서, 후방 면 유전체 기판(66) 상에 실리콘 반도체 비드(65)들을 배치하는 대안적인 장착 배열이 도시되어 있다. 이 디자인에서, 후방 면(66)은 유리와 같은 유전체로 코팅되고 실리콘 비드가 내부에 배치된 슬롯(69)을 가진 압출 성형된 유리 시트, 폴리이미드(polyimide), 또는 롤링(rolling)되거나 스탬핑(stamping)된 스틸(steel) 또는 알루미늄 시트(67)이다. 슬롯(69)은 그 위에 코팅된 은 또는 주석 진공 증착된 표면의 전기적 도전성 코팅(64) 및 슬롯(69)의 쇼울더(shoulder)의 섀도우(shadow) 또는 마스킹(masking)에 의하여 형성되는 갭(gap)을 갖는다. 은, 주석 또는 백색 스캐터링(white scattering) 재료와 같은 반사 재료의 외부면 코팅(67)은 기판(66)의 후방 측에서 코팅될 수 있고, 유전체가 투명하거나 반투명한 경우, 이것은 절연성 갭을 통과하는 광의 반사체의 역할을 할 것이다. 외부면 코팅(67) 상에, 블랙 라디에이터 코팅(black radiator coating)(68)이 행해질 수 있다. 일부 경우들에서, 블랙 라디에이터 코팅(68) 및 반사 코팅(67)은 생략될 수 있고, 셀을 통과하는 광은 어레이 아래의 공간을 비추는데 사용될 수 있다.
이 디자인에서, 집광 시스템(light concentrating system)은 압출성형된 굴절매체 재료인 유리 시트(60) 상에 있다. 상기 시스템은 상부 렌즈(61), 하부 미러(62)의 하부 어레이 및 실리콘 반도체 포토 다이오드(65)들 주위에 느슨하게 끼워 맞춤 되도록 형성되는 슬롯(63)들을 갖는다. 완성된 어레이를 형성하기 위하여, 유리 시트 굴절매체 재료(60)가 주위(perimeter)를 따라, 그리고 아마도 반도체 포토다이오드(65)들과 유리시트(60) 사이에 실리콘 러버 실런트(85)와 같은 글루로 포토다이오드 에어리어에 부착된다. Sylgard® 184와 같은 실리콘 러버 실런트(85)가 광학적으로 투명한 경우, 상기 실런트는 광학적 결합 인터페이스의 역할을 하도록 어레이 전체에 걸쳐 배치될 수 있다. 이 어레이의 전기 출력은 전기적 컨덕터(64) 필름을 통과하여 어레이의 에지들을 통해 출력된다.
도 7은 3차원 광학부품들을 구비한 집광 구성을 도시한다. 이 도면에서, 상부 렌즈(70) 및 미러(71)들은 6각형 패턴(pattern)(81)으로 패킹 된다. 다른 가능한 패턴들은 정사각형, 및 삼각형들이다. 집광기 (optical concentrator)(70)는 유리(72)로부터 몰딩된다. 상부렌즈(70)에서의 상부면은 렌즈들의 어레이를 형성하고, 하부면은 미러(71)들 및 히트 핀(heat fin)들을 형성한다.
상부렌즈(70) 공기 인터페이스(air interface)로의 유리의 전 내부반사(total internal reflection)가 사용된다. 산화 주석과 같은 전자적 도전성 필름(71, 76)이 미러 에어리어 전기적 접촉(77) 및 제2 전기적 접촉(80)들 상의 유리의 표면 상으로, 그리고 성형된 반도체 구의 전기적 접촉(73, 75) 홀 내로 코팅된다.
2개의 전극(77, 80)들은 유리 반사체(72) 상의 갭(79)에 의해 유리 반사체의 양측 상에서 분리된다.
반도체 구(74, 78)는 2개의 전극인 전기적 접촉(71, 76)들과 접촉하는 유리 미러들의 단부에서 성형된 홀 내로 삽입된다. 전기적 브레이크인 절연체 갭(79)은 유리 미러(72)의 측면 상에 채널을 몰딩하고 나서, 상기 절연체 갭(79)의 섀도우잉(shadowed) 된 에어리어(shadowed area)를 채우지 않을 전자 접촉 재료(77, 80)의 방향성 소스(directional source)로 유리 반사체를 코팅함으로써 형성될 수 있다. 절연체 갭(79)은 유리 미러의 측면 상에 채널을 몰딩한 후 갭(79)의 섀도우잉(shadowed) 된 에어리어를 코팅하지 않을 방향성 소스(source)로 유리(72) 내로 코팅팀으로써 형성될 수 있다. 동작 시에, 태양으로부터의 광선이 렌즈(70)를 통하여 포커싱(focused)되고, 미러(71, 76, 75, 77, 79, 80)들로부터 포토 다이오드 셀인 반도체 구(74, 78)들 상으로 반사된다. 렌즈(70)들 및 미러(71, 76)들의 집광력이 높을수록, 어레이가 증가 된 정확도로 태양을 향하게 될 필요가 있다. 약 4배 정도의 낮은 집광도인 경우에, 굴절률이 약 1.5인 유리(72)는 비수직(비직각) 광선(non-perpendicular rays)들로부터 광을 충분히 굴절시켜서, 집광 어레이는 태양을 트래킹(tracking)할 필요 없이 태양으로부터 광을 효율적으로 집중(농축)시킨다. 구름(clouds)들을 통해 스캐터링(scattered) 된 광과 같이 광 다이오드인 반도체 구(74)에 직접 포커싱(focused)되지 않는 광은 반사면인 미러(71, 76)들 상에서 반사되고 부분적으로 포토다이오드인 반도체 구(74)에 도달할 수 있다. 집광하는 광전지(태양전지) 어레이는 정오 및 위도 각도(latitude angle)에서 출력(전력생산)(output)을 최대화하기 위하여 기울어진 채로 고정되어 장착될 수 있다. 이러한 유형들의 낮은 집광도의 광전지 어레이들의 적용은 구조적인 설비들 및 비 태양 추적 설비들에 사용될 수 있다. 마이크로 미러(micro mirrors)들은 표면의 면에 대해 수직(직각)일 필요는 없고, 미러는 외부면이 격리 각도(isolation angle)들과 무관하게 규정된 각도일 필요가 있을 때 전력 출력(생산) 및 성능을 최대화하기 위하여 어레이 내에서 기울어진 자세로 배치될 수 있다.
도 8에는, 셀들이 얇은 가요성(flexible) 기판 내로 삽입될 때의 광전지 및 마이크로 집광기의 배열이 도시되어 있다. 이 배열에서, 슬롯들 또는 홀(108)들을 갖는 유전체 기판 멤브레인(substrate dielectric membrane)(90)이 마스터 표면(master surface)을 복제하고, 경화하고 나서 마스터 표면으로부터 제거(removing)함으로써 형성된다. 그 후, 슬롯들 또는 홀(108)들의 외부 면들 및 에지(edges)(96, 102, 104)들만을 코팅하기 위하여 유전체 기판 레플리카(dielectric replica)(90)가 방향성 또는 표면 코팅(91, 97, 105)으로 코팅된다. 홀(108)들의 경우에, 전기적 갭이 기판(90)의 그루브 슬롯(groove slot) 또는 임프레션 에어리어(impression area)(103)에 의해 제공될 수 있고, 다른 가능한 기술들로는 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 플라즈마 스프레이 코팅, 전기도금, 은 파우더(silver powder) 또는 주석 파우더와 같은 금속 코팅(91. 96, 97, 102, 104, 105)들, 전기적 컨덕터 필름(electrical conductor film)의 진공 증착이 있다. 이러한 전기적 도전성 코팅(91, 96, 97, 102, 104, 105)들은 자신들 내에 입자들을 가지거나, 또는 자신들이 반도체 포토다이오드(92, 93, 94, 965, 101, 100, 99, 98)와 신뢰 가능한 컨덕터 접촉(conductor contact)을 형성하도록 하는 방식으로 경화될 수 있다. 매우 다양한 표면의 질감있는 모양(texturing), 딤플링(dimpling), 페더스틀(pedestal)들, 섬유들, 플루팅(fluting), 슬릿팅(slitting), 및 탄성적인 다형 표면이 입상 포토다이오드 접촉(92, 95, 101, 98)들 상의 접촉들과의 탄성적인 전기적 접촉면을 달성하는 것을 돕기 위하여 레플리카 표면 접촉(96, 102, 104) 내로 몰딩될 수 있다. 레플리카 표면(91, 96, 97, 102, 104, 105)은 또한 섬유를 포함하거나, 자신 내에 배치된 전기적 도전성 섬유들을 가질 수 있다. 전기적 접촉(91, 96, 97, 102, 104, 105)을 형성하는 또 다른 방법은 유전체 기판 내로 전기적 도전성 포일(foil)들, 와이어들, 섬유들, 도전성 메시(conductive mesh), 도전성 섬유 매트릭스, 또는 파우더들을 적층(laminate)하는 것이다. 다음 구성 단계는 후방 반사체(106)를 가진 몰딩된 유전체 기판(90)의 후방 측을 은, 주석 또는 티타늄 백색 스캐터링 필름으로 코팅하는 것이다. 이것은 이산화 티타늄 입자들이 들어있는 실리콘 페인트일 수 있다. 후방 반사체(106)의 외부면 상에, 적외선에서 방사되고 어레이의 후방측으로부터 열을 방사적으로 제거하는 산화 티타늄 입자들 또는 카본 블랙이 들어있는 실리콘 페인트와 같은 보호적 및 열적 방사 필름(107)이 증착된다. 전기적 컨덕터 접촉 포인트(92, 95, 101, 98) 및 도핑(doping)(99, 94)을 갖는 포토다이오드 구(100, 93)들이 상기 구조의 슬롯들 또는 홀들 내에 배치된다. 유전체 기판(90) 및 전기적 접촉(102, 104)들의 적절한 형성에 의하여, 포토다이오드 구(100)들은 슬롯들 또는 홀(108)들 내로 한 방향으로 탄성적으로 끼워 맞춤 되고, 에어리어 내의 다른 포토다이오드(93)들과 적절한 전기적 접촉들을 달성할 것이다. 접속된 포토다이오드 어레이에 의하여, 상기 어레이는 접촉(91, 96, 102, 104, 92, 95, 101, 98)들을 어닐링(anneal)하고 아마도 접촉들을 적당한 장소에 솔더링하기 위하여 진공 오븐 내에 배치될 수 있다. 포토다이오드 어레이를 보호하고 더 큰 모듈 시스템 내로 어셈블링하기 위하여, 상기 어레이는 클로로플루오르카본과 같은 재료 내에서 방부처리(embalming)되거나, 실리콘 러버 실런트로 코팅되고 도 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F에 도시된 바와 같이 유리의 시트로 적층될 수 있다. 셀들은 도 9에 도시된 바와 같이 렌즈 미러 어셈블리의 포커스 또는 집광 스폿에서 포토다이오드 구(photodiode spheres)들을 고정하도록 위치되는 그루브(groves)들 또는 슬롯들을 갖는 미러와 유리 렌즈 사이에서 위치되어 클램핑될 수 있다.
도 9에서, 전력 시스템을 형성하기 위하여 다양한 컴포넌트들이 마이크로 집광기(micro concentrator)의 광전류 어레이와 조립될 수 있다. 열 제거 및 열 저장은 광전지 어레이들로 부터의 폐열을 광전지 어레이 관리에 통합될 수 있고, 광전지 어레이의 열 관리를 제공한다. 반사 방지 코팅(117), 몰딩된 유리 렌즈(110), 인터페이스 층(126), 반사체(112), 탄성적 하부 층과 유전체 기판(113), 열 도전성 기판(114), 및 방사 코팅(125)과 광전지 어레이의 후방면을 구비한 마이크로 집광기 광전지 어레이가 도 9에 단면도로 도시되어 있다. 방사 코팅(125)은 대류적 열 전달을 증가시키기 위하여 섬유들, 핀들, 범프들(bumps), 리지들, 또는 딤플들을 가지도록 표면의 결처리 (texturing)를 할 수 있다. 상기 코팅들은 실리콘 러버 페인트 내에 함유되는 이산화 티타늄 및 카본 블랙 또는 그래파이트 입자들과 같은 높은 적외선 방사율을 가질 것이다. 몰딩된 유리(110)가 오물로부터 깨끗하게 유지되는 것을 용이하게 할 수 있는 평활한 외부면을 가질 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 상기 어레이가 셀들의 유리와 미러 어레이 사이에서 조립될 때, 이들은 어레이의 최대 동작 온도에서 또는 그 이상에서 Sylgard®와 같은 인터페이스 층 내의 글루(glue)를 사용하여 가압 되고, 이 온도에서 경화된다. 미러 어레이(mirror array)(112, 113, 114, 125)들 및 유리(110)에 비하여 글루(126)의 팽창 계수가 더 높기 때문에, 글루(126)는 수축하고 동작 온도들에서 장력(tension) 하에 놓이게 될 것이다. 이 인터페이스 층 내에서의 이러한 장력은 미러(112), 유전체 백킹(dielectric backing)(113), 및 열 도전성 기판(114)을 끌어당기고, 반도체 비드(115)들의 접촉들 상으로 압축을 유지할 것이다. 전류가 비드들인 반도체 구(115) 상의 직렬 접속 접촉(112)들로부터 수집(collect)되고 어레이의 측면으로 배송된다. 광전지 어레이로부터의 전기 출력이 양의 단자(116) 및 음의 단자(111)로서 개략적으로 도시되어 있다. 인클로저(enclosure)(120)가 포토다이오드 어레이의 후방 상에 배치될 수 있다. 이 인클로저(120)는 광전지 어레이(photovoltaic arrays)(125)들을 지나가도록 대류 공기 흐름을 지향시키도록 하는 단순한 굴뚝(chimney) 역할을 하게 하거나, 또는 탄화플로오르, 알코올, 또는 물과 같은 순환되는 유체(122)일 수 있다. 광전지 어레이(125)들에 대한 부식 영향을 최소화하기 위한 전형적인 배열은 공기를 팬(121, 123)(fan)으로 펌핑(pumping)하여 광전지 어레이(125)를 지나가도록 하는 것이며, 가열된 공기(122)는 구조체의 가열에 사용된다. 팬 또는 펌프(121, 123)는 광전지 어레이(125)를 냉각하거나 열을 상기 구조체에 전달하는 것이 필요할 때 작동할 수 있다. 광전지 어레이의 리지 또는 울퉁불퉁한 외부는 평면형 광전지 어레이보다 광전지 어레이로부터 흐르는 유체인 공기(122) 내로의 더 양호한 열 전달을 달성한다. 시스템 내에서 온도를 안정화하고 열을 흡수하며 열을 저장하기 위하여 열적 상(phase) 변화 재료(119)가 광전지 어레이(125)의 후방 상에 또는 유체 플레넘(flow plenum) 내에 배치될 수 있다. DC 전기 출력(116, 111) 접속이 광전지 어레이의 성능을 최적화하고 전기 출력을 110 볼트 교류 전류와 같은 희망하는 전기 출력으로 변환하는 전기적 변환 시스템(118)에 접속될 수 있다. 광전지 어레이(125)에 인접한 전기 에너지를 저장하기 위하여 커패시터(Capacitors)들, 가역적 연료 셀들, 또는 배터리(batteries)(118)들이 전기적 변환 시스템 내로 통합될 수 있다. 폐열을 구조체들로 효율적으로 전달하기 위하여 히트 파이프 시스템(124)이 광전지 어레이(125)의 후방 내에 통합될 수 있다. 히트 파이프 시스템(124)는 어레이 온도들이 상기 구조에 전달되는데 유용할 때에만 열을 제거하도록 히트 파이프의 끓는점을 설정하기 위하여 히트 파이프의 일정한 압력을 생성하도록 탄성적 벽(120)들 또는 히트 파이프(124)의 동작 유체에 포함되는 불순물에 의해 설정된 끓는점(boiling point)을 가질 수 있다.
TPX solTM 이산화 티타늄 코팅(Kon Corporation, 91-115 Miyano Yamauchi-cho, Kishima-gun Saga prefecture, Japan)과 같은 티타늄 다이오드 필름들의 적외선 및 UV 흡수 필름과 같은 다양한 반사방지 코팅(117)이, 사용되지 않은 적외선 태양 방사로부터 광전지 상의 열 플럭스(heat flux)를 감소시키고 반도체의 밴드 갭을 벨로우잉(bellowing)하기 위하여 유리의 외부면에 도포될 수 있다. 반사방지 코팅(117)은 표면을 투명하게 유지하고 유리(110) 및 광전지 어레이(1115, 112, 113, 114, 125)에 대한 가능한 UV 손상을 감소시키기 위하여 UV 광을 흡수하고 유리의 외부면 상에서 유기 재료를 광촉매적으로 산화시키는 이산화 티타늄과 같은 재료일 수 있다.
도 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F 및 10G는 탄성적 접촉된 셀들과 결합될 수 있는 다양한 대안으로서의 광 집중 시스템들을 도시한다.
도 10A에서, 탄성적 접촉(133)들 내에 포토다이오드(132)가 정밀하게 배치된 렌즈 어레이(130)가 도시되어 있다. 렌즈 어레이들 사이의 공기 갭(air gap)(109)은 이 어레이가 유리창 또는 스카이라이트(skylight)로서 사용되는 경우에 열적 절연을 제공한다. 전기적 접촉 필름은 투명한 산화 주석일 수 있다. 셀들 사이에 접촉 브레이크(134)들이 도시되어 있고, 실리콘 러버 층(128)과 같은 탄성적 유전체 및 평활한 몰딩된 유리 시트와 같은 투명한 유전체 기판(127)이 도시되어 있다. 이 배열에서, 광선(light)(131)들은 렌즈 어레이(130) 어레이를 통과하여 미러 전극(133)들에서 반사됨이 없이 포토다이오드(132)들 상으로 포커싱될 것이다. 이 시스템은 포토다이오드(132)에서 포커스에 도달하지 않은 광을 캡처(capture)하지 않는다. 따라서, 다른 렌즈 어레이(130) 표면과 같은 표면에 대하여 낮은 각도들을 갖는 확산 광선(129)은 전기적 접촉들이 반사적이거나 투명한 경우 어레이들에서 반사되거나 어레이들을 통과할 것이다. 이러한 광 투과의 광학적 배열은 아침 및 저녁 광과 같이, 렌즈표면에 대해 낮은 각도를 갖는 광선(129), 구름들로 부터 스케터링(scattered)된 광(light) 및 대기의 스케터링된 광이 포토다이오드(132)에 터치하지 못하고 실(room) 내로 통과하여 들어오게 되므로, 직사 일광이 캡처(captured)되는 스카이라이트(skylight) 또는 창들은 실내 조명(room lighting)에 유용할 수 있다. 이 예에서, 반도체 접촉 전극(133)들은 평활한 유전체 기판 층(127) 상에 도시되지만, 상기 반도체 접촉들은 반도체들을 고정 유지하는 것을 돕고 광선을 반도체(132)로 수집하기 위하여 탄성적 층(128) 및 유전체 기판 층(127) 상에서 성형된 반도체 접촉 전극(133)들의 광 반사를 사용하는 성형된 유전체 기판 층(127)일 수 있다. 가능한 부가적인 특징은 탄성적인 층 컴포넌트(128)가 포스퍼(phosphor) 또는 신틸레이터(scintilltor)이도록 하고 이 층에서 흡수되는 광을 포스퍼 또는 신틸레이터의 특성 방사 광으로 변환하는 것이다. 신틸레이터 재료들의 예들은 폴리머들 또는 러버 내로 용해 및 분산될 수 있는 안타센(anthacene)이다(Pfaltz and Bauer, 172 E, Aurora St. Waterbury CT 06708). 포스퍼의 예는 구리 또는 은의 도펀트(dopants)들로 활성화되는 황화 아연(ZnS)이다. 포스퍼의 또 다른 예는 청색 광을 황색 광으로 변환하는 이트륨 알루미늄 가닛 크리스탈(yttrium aluminum garnet crystal)들이다. 특성 방사 광은 모든 각도들에서 방사되지만, 탄성적 층(128)인 시트재료의 내부 반사와 전극의 반사들 및 유전체 기판 층(127) 내부 반사들로 인하여, 광은 탄성적 층(128)이 각도 및 두께를 변화시키는 포토다이오드로 전달된다. 포스퍼들에 비하여 신틸레이터를 사용하는 장점은 신틸레이터가 자신의 특성 광 및 더 낮은 에너지 광자들을 흡수하지 않으므로, 상기 신틸레이터가 더 낮은 에너지 광자들이 광학부품들을 통해 포커싱되도록 하는 탄성적 층(128) 및 투과 컴포넌트인 렌즈(130,)와 공기 갭( 109)에서 사용될 수 있다는 것이다. 내부 반사들 및 낮은 특성 광으로 인해 신틸레이팅 층은 광학 컴포넌트(130, 109, 128)들의 큰 에어리어 또는 볼륨으로부터 변환된 광을 효율적으로 수집하고, 이를 포토다이오드(132)들에 전달한다. 포스퍼들 및 스캐터러들은 전극(133)들, 탄성적 층(128), 또는 유전체 기판 층(127)과 같은 비 투과성 컴포넌트들 상에서 사용되는 것으로 예측될 것이며, 포커싱되지 않은 광선(129)을 포토다이오드(132)들로 다시 유도하는데 사용될 수도 있다.
도 10B에서, 프레널 렌즈(Fresnel lens)) 또는 홀로그램 광 컨센트레이터(holographic light concentrator)(137)가 집광 요소로서 도시되어 있다. 이것은 이산 포토다이오드(photodiodes)들로 광을 집중시키는데 사용될 수 있는 상이한 유형의 광학부품들의 예이다. 이 예에서, 프레널(fresnel) 렌즈(137)의 단면도가 도시되어 있다. 광선(136)은 투명한 렌즈 재료(137)를 통과하고 나서, 프레널 렌즈의 패싯(facet)들로부터 굴절되고, 반도체인 포토다이오드(138)로 포커싱된다. 광학 요소 프레널 렌즈(137)는 또한 광범위한 입사각을 포토다이오드(138)에 굴절시키는 대신에, 투명한 프레널 렌즈(137)재료의 내부면에서 그루브(grooves)와 같은 회절 패턴(differraction pattern)에 의해 포토다이오드(138)들로 광선을 집중시키는 홀로그램 렌즈일 수 있다. 이 예에서, 유전체 기판(139)재료는 실리콘 포토다이오드(138)를 고정 유지하는 접촉 전극(126, 140)들을 위한 성형된 탄성적 폴리이미드(polyimide) 기판이다. 도 10A의 이전 예에서와 같이, 탄성적 유전체 기판(139)은 스캐터링 표면, 신틸레이터, 또는 포스퍼일 수 있고, 초기에 포토다이오드(138)로 포커싱(focused)되지 않은 광의 도관(conduit) 및 컨버터와 같이 동작한다.
도 10C에서, 전방면 상의 후방 반사체 및 포토다이오드 어레이의 예가 도시되어 있다. 이 예에서, 입사 광은 탄성적 기판 및 전기적 컨덕터들을 통과한다. 광선(143)은 알루미늄 반사체(145)에서 반사되고, 포토다이오드(142) 상으로 집중된다. 포토다이오드(142)는 탄화플루오르와 같은 탄성적 기판 재료로 포토다이오드 상에 고정 유지되는 불투명한 은으로 된 전기적 컨덕터(electrical conductors)들의 얇은 네트워크 또는 산화 주석과 같은 2개의 투명한 전기적 접촉(144), 전극(164)들로 고정 유지된다. 실리콘 러버와 같은 투명한 재료(162)가 도전성 전극(144)들과 미러(145)들 사이에 배치될 수 있다. 탄화 플루오르 플라스틱과 같은 투명한 탄성적 기판 유전체 창(141) 재료는 반도체 몸체(142) 주위에 탄성적 클램프를 형성하도록 성형되며, 또한 직접적 입사 광에 대한 렌즈의 역할을 한다.
도 10D에서, 후방면 상에 포토다이오드(150)를 갖는 카시그라니안 광(Cassigranian light) 집중 시스템이 도시되어 있다. 이 배열에서, 광선은 투명한 유리 커버 시트(146), 공기 또는 투명한 재료 캐비티(153)를 통과하고, 성형된 미러(147)에서 반사되며, 유리 커버 시트 상에 장착되는 성형된 미러(147)에서 제 2 반사를 행하고, 포토다이오드(150)로 포커싱된다. 카시그라니안 광학부품들은 제 2 반사체가 직사광선들이 반도체에 도달하지 않도록 하는 광 집중상의 단점을 갖지만, 이것은 고 에너지 방사로부터 포토다이오드(150)를 차폐할 필요성이 있는 경우에 유용할 수 있다. 제 2 미러(147)는 차폐 재료를 포함할 수 있다. 실리콘 러버의 탄성적 서브 층(151) 상에 성형된 알루미늄 미러 접촉(149)들을 통하여 포토다이오드(150)로의 전기적 접속들이 행해지고, 폴리이미드 유전체 기판(152) 상에 어셈블링된다. 탄성적 서브 층은 전기적 컨덕터(151)는 전체 시스템이 컴포넌트(152, 151, 149)들 사이에 상이한 팽창을 경험할지라도, 포토다이오드(150) 상에서 접촉 압력을 유지한다. 실리콘 러버와 같이 광학적으로 투명한 재료가 전방 면투명창(146) 및 제 1 반사체(149)들 사이에 배치될 수 있다.
도 10E에서, 그래디언트(gradient) 굴절률 렌즈를 사용하는 광 집중 광학부품들이 도시되어 있다. 이 배열에서, 광학 재료는 포토다이오드(160)에 광을 포커싱하기 위하여 증가하는 굴절률 층(155, 156, 157, 161)들에서 계층화 및 성형된 도핑된 실리콘 러버들 및 탄화 플루오르 폴리머들과 같은 탄성적 기판이다. 굴절광선(Light rays refract)(158)들은 포토다이오드(160) 상에 포커싱되도록 실리콘 러버 굴절률 층 (155, 156, 157, 161)들의 성형된 층들에서 반사된다. 접촉 전극(159)들은 포토다이오드 상으로 탄성적으로 가압된다. 포토다이오드가 캐비티 내로 가압될 때 압축 캐비티(161)를 형성하기 위하여 굴절 재료의 최종 층이 몰딩 된다. 캐비티(161)는 포토다이오드(160) 상으로 접합 접촉들을 행하도록 전극들과 함께 디자인된다.
도 10F에서, 기울어지거나 축을 벗어난 집중 방식이 도시되어 있다. 이것은 어레이가 있을 수 있는 구조적인 이유들 때문에 태양으로부터의 광선(rays)(165)들에 직각의 위치가 되지 않도록 하고 입사 광선(165) 표면의 기하도형의 배열(geometry)구조에 대해 기울어지도록 하여 색수차를 이용할 수 있게 한다. 광 스펙트럼의 상이한 파장 부분들을 태양 스펙트럼의 상기 부분에 대해 최적화되는 상이한 포토다이오드들 내로 배치하기 위하여 광 스펙트럼(light spectrum)으로 확산된 굴절률이 기울어진 굴절 표면과 함께 사용될 수 있다. 전형적으로, 굴절성 재료를 비스듬히 통과하는 광은 가장 큰 각도로 굴절되는 적색 광선(171)으로 되고, 그 이후에 녹색 광선(172), 최종적으로 최저 광 굴절을 갖는 청색 광선(173)이 된다. 따라서, 포토다이오드(170, 168, 169)들의 로우(row)가 광의 스펙트럼 확산을 광학적으로 인터셉트(intercept)하도록 배열될 수 있다: 즉, 기울어진 기하구조를 갖는 마이크로 집광기 유리(166)와 결합 된 반사 슬롯(167)들 내의 제 1 로우(row)에서의 적색 광 포토다이오드(170)들, 제 2 로우에서의 녹색 광 포토다이오드(168)들 및 외측의 제 3 로우의 청색 광 포토다이오드들(169)이다. 포토다이오드들은 도 3에 도시된 바와 같이, 탄성적이고 투명한 내화성 재료 내의 성형된 탄성적 캐비티 내에 배치되고 실리콘 러버로 글루잉(glued)되고, 전기적 접촉 필름은 셀 스택(cells stacks)(170, 168, 및 169)들의 양측으로의 압축 접촉(167)을 한다.
도 11에서, 서로 다른 밴드 갭(181, 184, 180)들을 갖는 다층의 포토다이오드 반구(semi-sphere)가 단면도로 도시되어 있다. 스펙트럼 확산 및 포커싱 렌즈(focusing lens)(176)의 부분적인 절개부가 또한 도시되어 있다. 청색 광자 흡수 고 에너지 밴드 갭 포토다이오드 층(180)은 반구형 포토다이오드의 외부 층이다. 녹색 광 흡수 및 중간 밴드 갭 에너지 포토다이오드 층(184)은 반구(semi-sphere)의 다음 층이다. 적색 광 흡수 및 최소 밴드 갭 포토다이오드 층(181)이 반구의 코어이다.
반도체들의 3개의 층들(181, 184, 180)과 분리된 (separating) 전극들이 반구형 기하도형의 배열구조에서 가능한 계층화된 포토다이오드들의 예로서 도시되어 있다. 더 많거나 더 적은 포토다이오드 층들이 사용될 수 있고, 중앙 구(181)의 다수의 코팅들에 의해 형성될 수 있다. 각 포토다이오드 층(181, 184, 180)은 광전지 포토다이오드들의 전압 그래디언트 및 컨센트레이션(concentration)을 생성하는 불술물 도핑 또는 전극간 층들을 가질 것이다. 포토다이오드의 외부 상에 반구의 반사방지 코팅(174) 외부 층이 추가된다. 이 반사방지 코팅(174)은 광의 반사를 파괴적으로 방해함으로써 반사방지를 달성하는 1/4 파장 두께 투명 재료이거나, 그래디언트 인덱스 프랙션(gradient index fraction) 재료일 수 있다. 포토다이오드들(181, 184, 180)로의 광 투과를 최적화하기 위하여, 반사방지 코팅(174)은 포토다이오드 반구의 상부에서 적색 광선(178) 투과를 최대화하고 나서, 구의 측면들 상에서 더 짧은 파장(177, 199)들의 광의 투과를 최적화하도록 조정될 수 있다. 구 형상 및 구의 측면들에서의 광의 입사 각도로 인하여, 균일한 두께의 1/4 파장의 반사방지 코팅(174)은 피크 투과를 더 긴 파장들로 시프트(shift)시킬 것이다. 따라서, 광 집중 시스템들에 대하여, 그리고 광 방향이 일반적으로 포토다이오드 구(sphere) 상으로 제어될 때, 최적의 1/4 파장 반사방지 코팅(174)이 입사 변화 각을 보상하기 위하여 구(sphere)의 측면들 상에서 얇아질 것이다. 광이 포토다이오드 구(sphere) 상으로 스펙트럼적으로 분배되는 이 특정 예에 대하여, 1/4 파장 반사방지 코팅(174)은 측면들 상에 입사되는 녹색 및 청색 광선(177)에 대한 광 투과를 최적화하기 위하여 구(sphere)의 측면들 상에서 훨씬 더 얇아질 수 있다. 이 유형의 두께 프로파일 가변 코팅은 진공 증착 소스(source)로, 그리고 더 얇은 코팅을 생성하는 반구 상의 입사각 효과를 사용하여 달성될 수 있다.
계층화된 포토다이오드 반구(181, 184, 180, 174)는 적색 광(179)의 초점 부근의 초점형성 렌즈 광학부품(176)들 뒤에 배치된다. 입사된 백색 광선(175)은 굴절률이 광의 파장에 따라 가변하는 색수차로 스펙트럼적으로 확산된다. 전형적으로, 유리를 통한 적색 광선(178)은 녹색 광선(199) 및 청색광선(177)보다 더 높은 굴절률을 갖는다. 반구 다이오드(181, 184, 180)들은 렌즈(176)의 적색 광의 초점(179) 뒤에 배치되어, 포토다이오드들의 바로 외측 또는 중앙 적색 광 흡수 포토다이오드(181)의 내부에 적색 광 포커스(179)를 배치하기 위하여 계층화된 포토다이오드들 내로의 컬러화된 광 스펙트럼의 공간적 분포를 최적화한다. 이어서, 녹색 광선(199)은 더 큰 스폿을 형성할 것이며, 기울어진 포토다이오드 층(184)을 통한 더 긴 경로 길이로 인하여 포토다이오드의 녹색 광 흡수 대역 내로 더 효율적으로 흡수된다. 청색 광선(177) 스폿은 최대 직경을 가질 것이며, 청색 광선의 흡수 및 변환을 위해 최적화된 외측 포토다이오드 층에서 가장 효율적으로 흡수된다. 더 긴 파장의 적색 광선(178)은 일반적으로 녹색광선(199) 및 청색 광선(177)보다 더 큰 각도로 렌즈유리(176)를 통해 굴절될 것이다. 적색 광선(178)은 청색광선의 포토다이오드(180)와 녹색광선의 포토다이오드(184)를 통과하지만, 이러한 2개의 포토다이오드들의 여기 밴드 갭(band gap)보다 아래이기 때문에 흡수가 낮다. 계층화된 반구형 포토다이오드(181, 184, 180) 상으로의 광선(light)의 이러한 스펙트럼, 공간, 및 각도 분포는 포토다이오드 셀들을 물리적으로 분리시킬 필요 없이 포토다이오드 셀들 각 성능을 최적화시키는 경향이 있을 것이다. 녹색(199) 및 적색(178) 광선 중 일부는 청색 및 녹색 광선에 최적화된 포토다이오드들의 밴드 갭 에너지 아래의 이러한 광 광자들로 청색(180) 및 녹색(184)에 최적화된 포토다이오드들과 충돌하고, 녹색(184) 및 적색(181) 계층화된 포토다이오드들을 부분적으로 통과하여 녹색 및 적색의 계층화된 포토다이오드들 상으로 도달할 것이다. 계층화된 구형 포토다이오드들의 이러한 계층화된 구성은 이 후에 함께 배치되는 상이한 광전지들을 형성하는 것보다 더 저렴할 수 있다. 이 형상에서의 전극 접촉들은 도전성 금속 접촉들(183, 181)에 부착되는 것으로 도시되어 있다. 내부 층 접촉(182)은 적색 포토다이오드(181)의 중앙의 노출된 표면에 부착되고, 외부 접촉(183)은 외부 청색 포토다이오드 층(180)의 표면에, 그리고 반사방지 코팅(174)을 통해 부착된다. 이 반구형 비드의 탄성적 접촉 형상들의 세부사항들의 예들이 도 3, 도 12B 및 도 14에 도시되어 있다. 이상적으로는, 전기적 접촉(182, 183)들은 광을 반사시키고, 이 원형 스폿 포커스에 관한 도 14의 탄성적 접촉의 예에서와 같이 포토다이오드로 광을 차단하지 않는다. 기계적 접촉은 중앙 스폿 접촉 (182)과의 중앙 접촉을 형성하고 형태적합 표면을 갖는 실리콘 구의 배열을 사용하여 적절한 전기접촉만을 혀용하고 중앙의 적색광선과 주위(perimeter)의 청색 광선의 방사형 스펙트럼 분산 패턴 내로 계층화된 포토다이오드를 배치하는 것이 필요하다고 생각된다.
유의할 것은, 상술한 전형적인 1/4 파장 반사 방지 코팅의 스펙트럼 및 각도 선택도를 피하기 위하여 거치른 표면을 갖는 또는 밀도 그래디언트를 가진 반사방지 코팅(174)이 이 형상에서 유용하게 사용될 수 있다는 것이다.
반도체 고정 유지 캐비티의 슬롯의 버전이 사용되는 경우, 중앙 접촉은 그루브(groove)를 따라 있는 전기적 접촉들에 쇼팅(shorting)이 발생하는 것을 방지하기 위하여 녹색(184) 및 청색(180) 포토다이오드들의 에지들을 커버하도록 신장되는 반사방지 코팅과 같은 유전체 주위(185)의 코팅 및 융기된(raised) 버튼(button)(182)을 가질 수 있다.
도 12A에서, 양 측면들 상에서 계층화된 포토다이오드들의 미립자 비드를 연마(grinding)함으로써 포토다이오드들을 형성하는 대안적인 배열이 도시되어 있다. 양 측면들 상에서 비드들을 연마함으로써 내부 도핑된 층(274) 및 다른 포토다이오드 층(272)들은 2개의 전기적 접촉(273, 275)들로 액세스(accessible) 가능할 수 있다. 단일 평활 측면 대신 2개의 평활 측면들을 갖는 비드의 이 기하도형적 배열구조는 전기적 접촉들을 행하는데 유용하게 사용될 수 있다. 계층화된 포토다이오드의 예로서, 직경이 오백 미크론인 InP 비드(274)가 형성된다. InP 비드(274)는 n-형 반도체가 되도록 도핑된다. 그 후, InP 비드는대략 2 미크론 두께의 유기금속 기상 에피택시에 의하여 n-형 InGaAs 층(272)으로 코팅된다. 2 미크론 두께의 p-형 InGaAs 층(271) 스퍼터 증착된 금 크롬 코팅(270)이 다음에 온다. 그 후, 비드는 양 측면들 상에서 연마되고, 전기적 접촉이 중앙에 니켈/금 접촉(272, 275)의 전기도금 또는 진공 증착에 의해 형성되어 증착된다. 계층화된 포토다이오드들 또는 광 이미터들을 생성하기 위한 재료들은 여러 종류가 있다. 기타 적절한 기판 비드 반도체들은 Ge, Si, SiC, GaAs, GaP, Ga, GaN, CdTe, AlGaP, AlGaP, AlGaAs, CuInSe2, Cu(InGa)Se2, GaSb, IrAs, CuInSe2, Cu(InGa)Se2, CuInS, GaAs, InGaP, AlGaP 및 CdTe이다.
도 12B에서, 림(281, 292)을 갖는 포토디이오드의 비드에 대한 슬롯 또는 캐비티의 전기적 접촉과 중앙 접촉(286, 287)들이 도시되어 있다. 이 예에서, 도 12A에 도시된 바와 같이, 양 측면들 상에서 계층화된 포토다이오드 비드를 연마함으로써 구성된 포토다이오드 비드는 백킹 접촉(backing contact)(289) 및 양 측면 접촉(280, 287)들을 갖는 유전체(288) 내의 탄성적 슬롯(295) 내로 삽입된다. 슬롯 또는 캐비티(295)는 주석과 같은 금속 포일 기판(289)의 상부에서 폴리이미드 또는 실리콘 러버와 같은 탄성적 유전체(288)로부터 몰딩된다. 포토다이오드 비드(281, 282, 283, 284, 290, 291, 292)는 슬롯(295) 내로 가압된다. 양 측면 전기적 접촉(280, 287)들은 포토다이오드 비드의 중앙 전기적 접촉(286, 285)들에 대해 압축된다. 포토다이오드 비드의 림 컨덕터(281, 292)는 후방 접촉에 대해 포토다이오드 비드를 가압하는 미러 또는 커버 렌즈(293)로부터의 탄성적 압축으로 슬룻 또는 캐비티(295)의 하부에서 포일 접촉((foil contact)289)과 접촉을 행한다. 몰딩된 유리 커버 렌즈(293)는 장력에 의해 유지되며, 유리(293)와 전극 기판(288, 289)들 사이의 압축 압력 하에서 상승 된 온도에서 경화되는 Sylgard® 투명 인터페이스 글루(294)를 통하여 접촉 전극(280, 287)들로 실링 된다. 글루(glue)가 경화하는 것보다 더 낮은 동작 온도들에서, 접촉면(interface) 글루(294)의 열적 수축은 커버 유리와 전극들간에 서로 끌어당기는 장력을 발생시키고 접촉 압축 압력을 생성한다. 포토다이오드(281, 282, 283, 284, 290, 291, 292) 상에서 탄성적 접촉 압력을 유지하기 위하여 다른 기계적인 탄성적 중력 또는 힘이 작용되는 방식들이 사용될 수 있다.
도 13A에서, 반도체 비드 정렬 및 조작 시스템이 도시되어 있다. 이 시스템에서, 평활한 측면(189)을 갖는 반도체 비드(188)들은 음 발생기(sound generator)(185)로부터의 사운드(sound)(186) 또는 지지 플레이트(190)를 통한 진동들에 의하여 진동된다. 비드(188)들은 자신들을 아래쪽으로 눌러 유지시키는 중력으로 평활한 테플론 표면(187) 상에 위치하는 자신들의 평활한 측면 상에서 자신들이 최저 에너지에 도달할 때까지 스피닝(spinning)할 것이다. 비드들을 조작하여 상기 비드들이 표면들에서 멀리 이동하도록 하거나 비드들이 완만하게 회전하여 테플론 표면(187) 상의 비드(189)의 최저 에너지 상태 평활 측면에 자리 잡도록 하기 위하여, 여러 다른 강도의 사운드 진동(186)들이 사용될 수 있다. 테플론 표면(187)은 정전기 전하를 가지므로 비드(188)들을 끌어당기고, 상기 비드들이 평활한 테플론 표면(187) 상에 있는 평활한 측면(189) 상에 머무르도록 하기 위하여 에너지 웰(energy well)을 증가시킨다. 고 전압 전극(190)이 테플론 표면(187) 뒤에 배치될 수 있고, 고 전압이 발전기(191)로부터 전극(190)으로 인가될 수 있다. 반도체 비드(188) 또는 인접한 전극(193) 또는 주위의 연마된 도전성 표면(192)의 샤프 포인트 코로나 방전(sharp point corona discharge)은 전하 전극(charge electrode)에 대한 전기장 라인들 및 전기적 충전 회로(electrical charging circuit)를 완성할 수 있다. 반도체 비드(188)들 상의 유도된 전기장 및 전하는 상기 비드들을 테플론 표면(187)에 고정 유지되게 한다.
도13B에는, 테플론 표면(204)의 낮은 슬라이딩 마찰 계수로 인하여, 비드(201)들이 자신들의 평활한 측면들이 표면에 정렬되어, 푸싱 바(pushing bar)(200)를 사용하여 롤링(rolling) 하지 않고도 테플론 표면(204)을 가로질러 슬라이딩할 수 있다는 것이 도시되어 있다. 푸싱 바(200)는 모든 평활한 측면들을 지지 플레이트(205) 상의 테플론 표면(204)에 기대어 반도체(201)들을 열(row)지어 정렬시키기 위하여 푸시(push)할 수 있다. 이 푸싱 바는 이산(離散) 위치들에서 개별적인 반도체들을 고정 유지하도록 성형된 캐비티(202, 203)들을 가질 수 있다. 반도체가 잘못된 위치에 있거나 반도체들이 너무 많아서 하나의 열을 형성할 수 없는 경우, 이러한 비드들은 푸싱 바(200)의 성형된 캐비티(203) 내로 끼워맞춤되지 않을 것이며, 푸싱 바의 슬롯(202)들 또는 홀(203)들 내로 끼워맞춤 된 비드(201)로부터 분리되어 배출되거나, 실리콘 러버 표면으로 접촉하여 들어 올려지거나, 또는 테플론 표면(204) 또는 푸싱 바(200)에서 일소(sweep off)될 수 있다.
도 13C에는 반도체 비드(213)들을 성형된 미러들 또는 전기적 접촉들 및 탄성적 기판(210) 내로 가압하는데 사용되는 푸셔 바(pusher bar)(216)의 단면도가 도시되어 있다. 지지 플레이트(218) 상의 전기적 전하는 비드(213)들이 성형된 캐비티(212) 전기적 접촉(211, 219)들 내로 미끄러져 넣어질 때에 방출되거나 반전될 수 있다. 푸셔 바(216)는 또한 일단 비드(213)들과 접촉(214, 220)들이 삽입되고 전기적 접촉 홀더(210)에 의해 클램핑 되면 비드(213)들과 접촉(214, 220)들을 전기적 접촉(211, 219)들로 솔더링 또는 용접하기 위하여 가열되거나, 이를 통해 사운드 펄싱(sound pulsing)될 수 있다. 비드들은 접촉(214, 220)들의 솔더링 또는 용접을 달성하기 위하여 일단 자신들이 홀더들 내로 삽입되면 광 또는 자기장(magnetic field)들에 의하여 가열될 수 있다. 반도체 비드들은 니켈과 같은 자기 재료로 이루어지는 전기적 접촉(214, 220)들을 가질 수 있다. 그러므로,지지 플레이트인 홀더(218, 217) 상에서 비드들을 정렬하고 고정 유지하기 위하여 자화된 표면(218)으로의 자력 또는 자기장 내의 정렬이 사용될 수 있다. 비드들을 정렬하는데 사용될 수 있는 다른 특성들은 비드(213)들을 정렬하기 위하여 전기장(electric field)에서 비드(213)들의 자기 분극화된(self polarized) 전기장을 사용하는 것이다. 유의할 점은, 실리콘 러버로 코팅된 표면(215)들의 점착성과 정전기적인 특성들이 비드 홀더 역할을 하여, 비드가 롤링 또는 이동함이 없이 유지되도록 할 수 있다는 것이 다. 반도체 비드들의 삽입은 탄성적 백킹(elastic backing)(210) 상에서 성형된 개구(212)와 전기적 접촉(211, 219)들을 사용하여 행해질 수 있는데, 탄성적 백킹(210)은 삽입을 위해 개구를 개방된 채로 유지하고 나서, 릴리스(released) 되어 비드(213)들을 기계적으로 클램프 다운(clamp down)하고, 둥근 전기접촉(211)과 탄성적 홀더(210)의 평활면 접촉(219)과의 접촉을 형성하는 내부 비드 접촉(220)에 대한 둥근 비드 접촉(214)의 전기접촉을 형성한다. 홀더(210)의 기계적 클램핑은 또한 푸셔(pusher)(216)가 비드(213)들로부터 분리되도록 하고 푸셔(216)를 수축시키도록 비드(213)들이 유지되도록 한다. 푸셔(216)는 정렬된 비드가 캐비티들 내에서 들러붙도록 하고 비 정렬된 비드들이 떨어지도록 하기 위하여, 형성된 표면(222)들 내부에 점착성 실리콘 표면(215)을 가질 수 있다.
도 14에서, 렌즈 미러 전극 압축 배열이 단면도로 도시되어 있다. 구형 연마 반도체 포토다이오드 또는 연마 로드(ground rod)(233)를 접속시키는 또 다른 배열은 셀이 한 방향으로 접속되도록 하기만 하는 미러(mirror) 접촉(237, 238, 242)들을 갖는 캐비티(cavity)를 형성하는 것이다. 성형 된 함몰(depression) 또는 트로프(troughs)(239, 241)들은 도 14에 도시된 바와 같이, 중앙 접촉(242) 및 측면 접촉(239, 238)을 갖는다. 이러한 접촉(237, 238, 242)들 및 비아(via)(243)들은 은, 구리, 니켈, 그래파이트(graphite), 알루미늄, 주석, 및 합금들과 같은 전기적 도전성 파우더 잉크들을 몰딩 되거나 성형 된 폴리이미드(239, 241)와 같은 유전체 기판상으로 잉크젯 스프레이잉(ink jet spraying)함으로써 형성될 수 있다. 전기적 접촉들 및 회로 필름(237, 242, 238, 243)들을 형성하는 전기적 접촉과 회로필름(237, 242, 238, 243)을 형성하는 다른 방법들은 미리 형성된 평활 시트 또는 형성된 유전체 기판(239, 241) 상으로 스퍼터 증착(sputter deposit), 스퍼터 증착, 플라즈마 스프레이, 전기도금, 포일 엠보싱, 및 전기적 도전성 필름들을 형성하는 것이 있다. 다른 옵션들은 접촉들의 형태를 유지하고 또 다른 후방 보호 면(244)의 역할을 하도록 시트 금속 기판을 코팅 또는 적층 하는 것이다. 림 접촉 전극인 측면 접촉(237, 238)들은 비드(233)의 둥근 표면이 중앙 전기적 접촉에 터치하는 경우, 반구형 비드(233)가 측면 접촉 전극(237, 238)들과 전기적 접촉을 행하지 않도록 하기 위하여 유전체 백킹 기판(239, 241) 및 유전체 접촉(237, 238)의 평활한 하부로부터 어느 정도까지 증착된 유전체 코팅(235, 236)을 갖는다. 테플론 또는 실리콘 플루오르 폴리머와 같은 유전체 코팅(235, 236)은 반도체 다이오드 비드(233)의 평활한 측면이 트로프 또는 함몰(trough or depression)(239, 241)의 평행한 평활면 하부와 방향맞춤 될 때까지 반구형 비드(233)가 용이하게 슬립핑(slip) 및 스피닝(spin) 되도록 하기 위하여 낮은 마찰 계수를 가질 수 있다. 중력이 느슨한 비드를 트로프 또는 함몰(239, 241)의 하부쪽으로 눌러 고정되게 하고, 비드(233)의 평활한 면이 하부에 평행하게 하여, 비드를 트로프 또는 함몰 내로 가장 깊이 끼워맞춤하여, 이들은 최소 에너지 상태에 도달할 것이다. 진동 에너지 또는 사운드(sound) 에너지가 반구형 비드들 상에 부과되는 경우, 비드들은 자신들의 평활한 섹션이 트로프 또는 함몰(239, 241)의 평활한 하부에 대해 끼워맞춤될 때까지 회전(rotate) 및 스피닝(spin)될 수 있다. 이 중력 효과는 전기장(electric fields)들이 상기 전극(239, 242, 238)들과 도시되지 않은 외부 전극 사이에 부과되는 경우에 강화될 수 있다. 유전체 필름(239, 241, 234, 236)들은 종종 영구 일렉트릿(permanent electret)들이거나, 또는 부과된 전기장들로 극성을 띄고 하전될 수 있다. 반구 비드(233)상의 중앙접촉(240)을 니켈과 같은 강자성 재료로 형성하고, 중앙 접촉(242)을 철 또는 니켈과 같은 강자성 재료로 작성한 후, 접촉(242, 240)들을 자기화(magnetaized)하거나 자기장 내에 배치되도록 함으로써, 비드는 자기장 내에서 우선적으로 방향맞춤 될 것이며, 자기장들은 중앙 접촉(240, 242)들을 통해 채널링(channeled) 또는 집중될 것이다. 이것은 미러 접촉들(238, 237)의 트로프 또는 함몰(239, 241)에 평행한 비드(233)의 평활면으로 정렬된 비드들의 에너지 웰(well)을 증가시킬 것이다. 이 측면 전극 표면(237, 238)들은 비드들이 정확하게 정렬될 때, 반구형 비드(233)의 측면들과 접촉을 행한다. 포토다이오드 반도체 비드(233)는 전형적으로 내부 상에 양전하 캐리어 도핑(doping) 및 외부 상에 음 전하 캐리어 도핑을 가지도록 도핑될 것이다. 따라서, 비드(240)의 평활한 면 상의 전기적 접촉은 P 내부 층과 접촉(242)을 행하고 있고, 외부면 접촉(237, 238)들은 N 층과 접촉을 행하고 있다. 측면 접촉(237, 238)들과 유전체 코팅(235, 236)을 갖는 비드(233)의 측면 접촉(237, 238)들 사이의 마찰 계수의 차이들로 인하여, 비드(233)들은 일단 자신들이 금속 접촉을 행하면 함몰(239, 241) 내로 점착성 경향이 있을 것이다. 트로프 또는 함몰(239, 241)의 형상 및 탄성은 일단 자신이 정확한 정렬을 행하면 자신이 비드를 고정 유지하기 위하여 비드의 양측 상에 웨징 접촉(237, 238)을 형성하도록 이루어질 수 있다.
비드 측면 접촉(237, 238)들이 비드(233) 외부면에 솔더링 또는 고착되어, 측면 접촉들이 비드들로 들러붙도록 하고 일단 이들이 평행한 표면 정렬 및 전기적 접촉을 행하면 비드들을 고정 유지하도록 하는 정렬 프로세스가 상승된 온도에서 발생되도록 하는 것이 또한 유용할 수 있다. 다른 가능한 고정 유지 방식들은 비드 평활면이 정렬될 때, 비드(233)의 평활면과 접촉을 행함으로써 표면 장력 에너지를 감소시키는 트로프 또는 함몰의 하부에서 유전체 세퍼레이터(239, 241) 상에 글루(glue), 실리콘 러버, 또는 점성 용액의 작은 드롭렛(droplet)들을 갖는 것이다. 이것은 비드 홀더의 역할을 하고, 트로프 또는 함몰의 평활면에 평행한 비드들의 평활면에서 비드들을 고정 유지하도록 에너지 웰(energy well)을 증가시킬 것이다. 여분의 또는 정렬되지 않은 비드(233)들을 제거하기 위하여, 어셈블리를 뒤집어서, 중력에 의하여 적당한 장소에 유지되지 않은 비드(233)들을 뽑아내도록 할 수 있다. 다른 옵션들은 실리콘 러버와 같은 점착성 표면 코팅이 형성된 공구(tool)를 배치하여, 상기 공구를 어레이 위로 내려놓으면 상기 공구는 여분의 비드들 만 기계적 접촉을 하게 된다. 부정확한 위치에 있는 비드(233)들은 평행한 표면의 정렬된 비드(233)들 보다 트로프들 또는 함몰들에서 더 높게 놓여 있을 것이다. 모든 비드(233)들이 정렬되었는지를 검사하는 프로세스는 육안에 의한 검사에 의하여, 또는 진공 또는 점착성 표면을 가진 정밀 공구를 트로프 또는 함몰 내로 집어넣어서 트로프들 또는 함몰(239, 241)들 내에 정확하게 끼워맞춤 되지 않은 셀들과 접촉하게 하여 이들을 제거하는 방법을 사용할 수 있다. 일단 비드(233)의 평활면이 트로프 또는 함몰(239, 241, 237, 238)의 평활면에 정렬되면, 광의 플래시(flash of light)를 사용하여 반도체 비드(233)를 가열하거나, 또는 가열된 금속체를 비드(233)에 대고 전기적 접촉(237, 242, 241)들에 대해 밀고 가압함으로써 열적 기계적 접촉에 의하여 전기적 접촉(239, 240, 242, 238)들을 보장할 수 있다. 솔더(solder), 브레이징, 또는 용접 접촉들을 행하기 위하여 에너지를 전달하는 다른 가능한 방법들은 접촉들을 마찰 용접 또는 솔더링하기 위하여 접촉(237, 242, 238)들 및 반도체 비드(233)들 내로 초음파 사운드 에너지를 펄싱(pulsing)하는 것이다. 회로 또는 셀(237, 238, 233, 240, 242)들을 통한 전기 펄스는 또한 전기 접촉들을 반도체 포토다이오드 비드(233)들에 대하여 아크 용접을 하는데 사용될 수 있다. 또 다른 전기적 접촉 용접, 브레이징, 어닐링, 또는 솔더 방법은 전기 회로(237, 238, 233, 240, 242)가 단락되거나, 전원 또는 충전된 커패시터에 부착되고 나서, 레이저 광의 빔이 셀들을 가로질러 래스터(raster)되거나 플래시 램프가 셀들에 인접하여 점화되는 경우에는, 반도체 포토다이오드(233)로부터 자가 발전 전기적 펄스를 사용하는 것이다. 짧은 전기 펄스를 형성하여 기계적 접점에 짧은 열에너지 펄스를 제공하고, 접점을 용접, 브레이징, 어닐링, 또는 솔더링 한다. 유전체 기판(241)의 상부의 측면 접촉 금속 필름들 또는 중앙 접촉(242)은 과도한 전류가 국소 회로(local circuit)를 통해 흐르고 있는 경우 회로를 개방하기 위하여 금속(242, 237, 238, 243)을 용해하고 기화시키며 기초적인 유전체(239, 241)를 확장시키는 전기 퓨즈의 역할을 하도록 디자인될 수 있다. 이것은 잘못 접속되거나 단락될 수 있는 셀들을 분리하는데 사용될 수 있다. 접촉 보장 단계는 또한 내화성 렌즈 및 미러(231) 하의 어셈블리가 셀들 위에 배치되고 내화성 렌즈 및 미러(231)에 의해 적당한 장소에 유지된 후에 행해질 수 있다. 내화성 커버 렌즈 및 미러(231)는 전기적 접촉들을 행하고 태양 어레이의 수명이 다할때 까지 전기적 접촉을 유지(維持) 하기 위하여 반도체 비드(233)에 대해 가압될 수 있다. 내화성 커버(231)는 글루(232)들 및 전기적 접촉 재료(237, 239, 238, 241, 242)에서의 탄성적 장력(張力)으로 가압 및 유지될 수 있고, 접촉 재료(237, 242, 238)에 대해 반도체(233) 상에 위치하는 내화성 재료의 중력은 어레이의 수명이 다할때 까지 접촉을 유지할 수 있다. 렌즈-미러 어셈블리 시트(231)는 외부면 상에 보호 또는 반사방지 코팅(230)을 가질 수 있다. 외부면을 반응적 스퍼터링된 다이아몬드 필름들과 같이 광 반응적이고 셀프 클리닝되거나 단단한 스크래치 방지 코팅들이 되도록 하는데 적절한 필름들은 탄화플루오르(Mihama), 이산화 티타늄 코팅들이다. (Dow Corning Sylgard® 184 또는 겔 Q3-6575와 같은) 광학적으로 투명한 글루 또는 결합 겔(gel)(234, 232)이 셀(cells)들에 걸쳐 고압 압출로 분산된다. 유리 또는 투명한 유전체 커버 렌즈-미러(231)가 광학적 결합 재료(234, 232) 위에 배치되고, 롤 스퀴징 모션(roll squeezing motion)에 의해 광학적 결합 재료(234, 232)가 반도체 및 미러 주위에 가압 되고, 가스 버블(bubbles)들이 글루의 패턴 내의 가스 채널들을 통하여 어셈블리로부터 가압 되어 배출된다. 전체 어셈블리는 상승된 온도로 경화될 수 있다. 어셈블리는 반도체 비드(233)들에 대해 렌즈-미러 시트(231)를 가압하고 전기적인 접촉(237, 240, 242, 238)들 상에 압축을 유지하기 위하여 압축 하에서 경화될 수 있다. 경화 프로세스 이후 또는 경화 프로세스 동안의 글루 또는 광학적 결합 재료(234, 232)의 수축은 경화 프로세스 이후 또는 경화 프로세스 동안 접촉들(237, 240, 242, 238) 및 비드들(233)에 대한 렌즈-미러 시트(231)의 압축을 더 증가시킬 수 있다. 금속 접촉(242)들 및 유전체 기판(239)의 후방 측 상에 카본 블랙이 함유된 실리콘 페인트 또는 이산화 티타늄 실리콘 페인트와 같은 방사 열 전달 및 보호 코팅(244)이 있다. 어셈블링된 시스템은 테스트될 수 있고, 광 펄스들, 래스터(rester)된 레이저 빔들 또는 전기적 펄스들에 의하여, 단락된 셀들 또는 반전된 셀들은 전기적 접촉들을 용해하거나 기화함으로써 직병렬 전기 회로 어레이로부터 제거될 수 있다. 외부 전기 시스템들 및 회로들로의 전기적 접속들은 유리 재료 시트(231)의 에지(edge)들에서 전기적 접촉 패드(pads)들을 통하여 행해지는 것으로 예측된다.
도 15에는, 출력(output) 상에 내장된 배리스터(varistors)(253)들 또는 후방 흐름 보호 다이오드(254)들과 광전류 전지(253)들 사이의 병렬 및 직렬 접속들에서 얇은 필름 전기적 컨덕터들 또는 유전체들, 퓨즈, 또는 배리스터(253, 258)들을 갖는 직병렬 셀들의 전기 회로가 도시되어 있다. 역방향 흐름 보호 컴포넌트(254)는 또한 도 15의 개략도에서 나타낸 바와 같이 도핑된(doped) 반도체 비드들이 포토다이오드들에 대해 역방향 전자 홀 그래디언트(gradient)를 갖는 탄성적인 성형된 전기적 접촉들 내에 배치되는 것과 동일한 방법에 의해 배치될 수 있다. 역방향 전류 보호 다이오드(254)들은 조사(illuminate)되지 않으므로, 어레이(arrays)들의 에지들 상에서 미러 어레이들 사이에서 광선 집중 영역들의 외부에 배치될 수 있다. 역방향 전류 보호 다이오드(254)들은 보호 다이오드 전압 및 전류 특성들을 정합시키고 전체 시스템을 위태롭게 하는 임의의 단일 보호 다이오드 또는 보호 다이오드 스트링의 고장들을 피하는 분산된 역방향 전류 보호를 생성할 수 있도록 하기 위하여 어레이 내에 열(row)로서 주기적으로 배치될 수 있다. 병렬 접속된 셀들에서 개방 회로가 되는 단일 셀의 작은 부분적 손실(fractional loss)의 영향은 함께 접속된 셀들의 수로 나누어진다. 직병렬로 전기적으로 접속된 네트워크에서의 단일 포인트의 고장으로 인한 전체 시스템에 미쳐지는 단일 포인트의 고장의 영향은 다른 로우(row)들로부터의 전류가 단일 포인트 고장의 주위에 흐를 수 있을 것이기 때문에, 하나의 로우에서 발생한 작은 부분적 손실을 로우들의 수로 나눈 것에 비례한다. 랜덤(random)한 하나의 셀의 고장들의 수는 회로의 셀들의 총 수에 비례한다. 그러므로, 임의의 단일 로우에서 셀들의 수가 어레이에서의 셀들의 총 수의 제곱근에 비례하는 직렬 접속들 및 등 전위들에서의 많은 병렬 접속 셀들의 큰 어레이들에서, 랜덤한 단일 개방 회로 고장들로부터의 있을수 있는 작은(fractional) 손실은 어레이에서의 셀들의 총 수의 역제곱근에 비례한다. 이 통계적 관측은 직병렬 어레이들에 있어서 실용적 의의가 있는데, 어레이에서의 개별적인 셀들의 수가 많을수록 랜덤한 셀 고장들로 인한 작은 손실들이 더 낮아진다는 것이다. 이러한 광전지 어레이들은 셀들의 수가 많을수록 신뢰성이 높아지며, 이는 전기 회로에서의 셀들이 많을수록 손상과 출력 손실의 확률이 더 많아지는 전형적인 통찰에 반한다. 고전압 어레이들에서, 역방향 전류 보호 셀(254)들 및 바이패스 다이오드(257)들은 어레이들 내의 로우들에서 주기적으로 형성될 수 있다. 셀들 사이의 병렬의 전기적 접속(253)들은 제조상의 결함 또는 쉐이딩(shading)으로 인하여 낮은 성능들을 가질 수 있는 어레이들 내의 단일 셀들 주위에 전류 바이패스를 가지는데 있어서 유용하다. 바이패스 다이오드(257)들은 전류를 낮은 성능을 갖거나 섀도우잉(shadowed)되는 셀(252)들의 로우 주위에 라우팅(routing)할 수 있다.
병렬(253) 및 직렬(258)의 전기적 접속들은 전류, 전압 또는 온도가 상승함에 따라 특정 전기적 저항의 증가를 가지도록 선택되었던 전기적 컨덕터 반도체들과 함께 증착에 의하여 배리스터들 또는 유전체 인슐레이터 기판들 상의 얇은 도전성 디포짓(dipositing)들에 의하여 효율적인 퓨즈들을 형성할 수 있다. 특정한 예에서, 산화 아연의 필름은 인가된 전압에 따라 자신의 저항을 증가시킬 것이다. 디포짓들은 진공 스퍼터(sputter) 디포짓(deposits)들, 스프레이 잉크 디포짓들, 플라즈마 스프레이 디포짓들, 포일 엠보싱, 포토다이오드 비드 접속들과 유사한 개별적인 반도체 디포짓들일 수 있다. 대부분의 금속들은 주위 온도에서 바람직한 저 저항 특성을 가지며, 온도가 상승함에 따라 저항이 증가한다. 단일 다이오드의 전류의 몇 배와 같이 과도한 전류가 병렬 또는 직렬 전기적 접속들을 통해 흐르는 경우, 금속들은 재료에서의 저항 에너지 소산으로 인해 가열된다. 전류 및 발생된 열이 충분히 높은 경우, 회로는 금속 및 아마도 유전체 기판을 용해하고, 병렬 회로 접속을 영구적으로 개방시킬 것이다. 셀(253)들 사이를 결합(fusing)하는 개방 회로는 개개의 포토셀(Phot cell)인 포토다이오드(252)가 분로(shunted)하거나 역방향으로 접속되는 경우에 개별적인 포토 셀인 포토다이오드(252)들 주위에서 회로를 영구적으로 개방하는데 사용될 수 있다. 배리스터(253)들과 같은 장치들은 전류가 증가함에 따라 증가하는 저항을 가지도록 디자인되는 병렬 회로 접속 내에 형성될 수 있다. 배리스터(253)들은 과도한 전류에 고속으로 가역적으로 응답하고 병렬 또는 직렬 접속들에서 최대 전류를 효율적으로 클램핑하도록 디자인될 수 있다. 이 최대 전류 클램핑은 모든 도시된 광전지 어레이들이 나무 가지로부터의 그림자(shadow)와 같이 선택적으로 그림자에 가려진 상황들에서 과도한 전류들 및 전압들로부터 포토다이오드들을 보호하는데 있어서 매우 중요할 수 있다. 개략적으로 도시되어 있는 이 어레이는 주위의 버스 접속(251, 255)들을 통하여 다른 어레이들 또는 전기적 부하들로 접속(250, 256)될 수 있다. 또한 출력 접속 또는 버스 접속(250, 256) 상에 전기적으로 접속 되고 도 9에 도시된 바와 같은 어레이와 통합될 수 있는 다른 가능한 전기적 디바이스들은 DC 대 DC 컨버터들, DC-AC 컨버터들, 커패시터들, 배터리들, 전해 셀들, 플라이휠(flywheel)들, 모터들, 광들, 펌프들, 및 팬들이다.
본 발명의 일부 특징들 및 요소들은 다음을 포함한다:
1. 전기적 접촉은 탄성적인 기계적 시스템에 의하여 반도체 몸체에 압축을 유지한다.
2. 반도체를 방향 맞춤하기 위하여 포토다이오드 몸체 또는 전극의 형상을 사용한다.
3. 셀(cell)에 적합한 슬롯(slot) 또는 홀(hole)을 사용한다.
4. 전기적 접속을 유지하고 방향맞춤하며 이동시키기 위하여 구의 평활한 측면을 사용한다.
5. 슬롯은 또한 전기적 접속이기도 하다.
6. 슬롯은 또한 미러(mirror)이기도 하다.
7. 슬롯은 또한 광 투과성이다.
8. 구(spheres) 위에 전기적 접촉의 위치 및 치수는 반도체의 동작에 유용할 수 있다.
9. 전기적 접촉은 퓨즈 및 회로 차단(interruption)의 전기적 특성을 가진 두께를 갖는다.
10. 전기적 접촉은 미러 일 수 있다.
11. 전기적 접촉은 투명할 수 있다.
12. 전기적 접촉은 유사하지 않은 전기적 컨덕터(conductors) 또는 금속일 수 있다.
13. 전기적 접촉 및 반도체는 본질적으로 열전기 접합을 형성할 수 있다.
14. 전기적 접촉 및 반도체는 광 생성 접합을 형성할 수 있다.
15. 슬롯 및 전기적 접촉은 열 제거 시스템을 형성한다.
16. 전기적 접촉 또는 미러는 포토다이오드로부터 열을 제거하도록 하는 열 컨덕터 이다.
17. 어레이(array)의 후방측 상의 코팅은 방사선 방출 및 열 제거를 증진시킨다.
18. 미러/렌즈는 열 제거 시스템이다.
19. 미러/렌즈는 기계적 장착 및 보호 시스템이다.
20. 신뢰 가능한 회로 접속을 제공하기 위하여 직병렬 접속을 사용한다.
21. 접착제(glues)를 사용할 수 있다.
22. 광학 인터페이스(interface)의 브리지(bridges) 또는 글루(glues)을 사용할 수 있다.
23. 광 경화 글루을 사용할 수 있다.
24. 슬롯(slots) 내에서 셀(cells)을 고정시키기 위하여 점착성(sticky) 재료을 사용할 수 있다.
25. 접촉을 행하기 위하여 슬롯(slots) 내에서 구(spheres)을 압축할 수 있다.
26. 접촉을 완성하기 위하여 솔더링(soldering)을 사용할 수 있다.
27. 전기적 접촉의 안정화를 달성하기 위하여 용접을 사용할 수 있다.
28. 셀(cells)의 열적 가열 또는 용접을 위해 전류를 발생시키는 포토다이오드들의 전기적 접촉의 안정화를 달성하기 위하여 플래시 램프(flash lamp)를 사용할 수 있다.
29. 솔더링 또는 용접을 완성하기 위하여 초음파 에너지를 사용할 수 있다.
30. 반사체 또는 전기 회로들 같은 광학부품을 얇은 필름들로 코팅할 수 있다.
31. 양측 상에 2개 이상의 상이한 접촉들을 갖는 홀(holes) 또는 그루브(grooves) 내의 비드(beads).
32. 상기 형상을 반드시 사용하는 것은 아니다 (슬롯 내로 진행하기 전에 단순히 방향맞춤한다).
33. 어레이는 렌즈/미러 이산(離散) 반도체의 견인 전기적 접촉 및 후방 커버 또는 미러의 컴포넌트의 어셈블리이다.
34. 슬롯 또는 홀은 유전체 내에 형성될 수 있다.
35. 슬롯 또는 홀은 유전체 코팅을 사용하여 금속으로 형성될 수 있다.
36. 슬롯 또는 홀은 유전체 코팅과 전자 도전성 코팅을 사용하여 금속으로 형성될 수 있다.
37. 성형된 캐비티들의 벽들은 전기적 접촉 탄성을 개선시키도록 하는 구조를 가질 수 있다.
38. 성형된 캐비티들의 벽들은 전기적 접촉 탄성을 위한 플루트(flutes), 슬릿(slits), 그루브, 범프(bumps), 페더스틀(pedestals), 섬유(fibes)을 갖는다.
39. 캐비티의 접촉 표면들 상의 전기적 코팅들은 전기적 접촉 탄성을 위한 섬유들, 파우더(powders)들을 갖는다.
40. 성형된 캐비티(cavities) 상의 접촉들은 탄성적 다형 표면이다.
41. 코팅들은 여러가지 방식들로 증착 또는 형성될 수 있다. 진공 증착, 잉크젯 프린팅, 파우더 스프레이잉, 스크린 프린팅, 포일 임프레션(foil impression), 솔더링, 스탬핑(stamped) 또는 적층 방식이 채용 가능하다.
42. 실리콘 러버들을 사용한다.
43. 플루오르화(fluorinated)된 탄화수소를 사용한다.
44. 유리, 알루미늄, 은, 주석, 산화 주석, 철, 구리, 합금, 실리콘 구(silicon spheres), Sphelar® 실리콘, 자신들 상에 전기적 접촉들을 갖는 구(球), 솔더 페이스트(solder pastes), 탄소가 함유된 페인트, TiO2, 광촉매 또는 백색 코팅을 사용한다.
45. 외부 표면을 클리닝하기 위하여 유리의 외측 표면에 광촉매 함침(impregnation) 또는 굴절 재료를 사용하여 고 주파수 광이 포토다이오드들에 도달하지 않도록 한다.
46. 전기 회로의 자기 마스킹(self masking) 또는 디포짓(deposits)을 우선적으로 위치시키기 위하여 슬롯의 섀도우(shadow)를 사용한다.
47. 전기적 접속 및 기판은 포토 다이오드에 대한 집광 시스템을 형성한다.
48. 포토다이오드 어레이는 광 집중 광학부품에 결합될 수 있다.
49. 전기적 접속 시스템은 또한 광학적 컴포넌트일 수 있다.
50. 후방 프로텍터 시트는 또한 광학적 구성 부품일 수 있다.
51. 광 스캐터링(scattering)이 또한 광학부품에서 사용될 수 있다.
52. 광 신틸레이션(scintillation) 또는 변환이 사용될 수 있다.
53. 전기적 접촉과 클램핑 슬롯들의 반도체 로드들은 효율적인 광전류 셀로서도 작용한다.
54. 역방향 전류 보호를 내장한다.
55. 배터리 인버터(batteries inverters)들과 전력 그리드(power grid)에 대한 변환
56. 태양 추적 시스템들을 사용한다.
57. 스펙트럼(spectral) 분할 및 여과를 사용한다.
58. 어레이들의 후방 상에 유체 흐름 채널 또는 침니(chimney)를 배치하고 포토다이오드 어레이를 냉각시키기 위하여 유체 또는 공기의 흐름을 사용할 수 있다.
59. 광전지 어레이로부터 열을 흡수 및 저장하기 위하여 포토다이오드 어레이의 후방으로 상(phase) 변화 재료들을 열적으로 결합시킬 수 있다.
60. 광전지 어레이의 전기 출력을 조작하기 위하여 전자장치를 부착시킬 수 있다.
61. 전기 에너지를 저장하기 위하여 광전지 어레이에 배터리들을 부착시킬 수 있다.
62. 전기적 접촉을 확보하고 열 팽창 및 수축 보상기로서 탄성적 층을 전기적 접촉 하에서 사용한다.
63. 태양 조준 또는 추적 시스템에 광전지 어레이를 부착한다.
64. 클램프는 탄성적이며, 반도체를 수용하기 위하여 개방되고 접촉을 행하기 위하여 폐쇄될 수 있다.
65. 반도체들을 이동시키고 고정 유지하기 위하여 정전기들을 사용한다.
66. 반도체들을 이동시키고 고정 유지하기 위하여 자기(magnetics)를 사용한다.
67. 반도체들을 이동시키고 고정 유지하기 위하여 중력(gravity)을 사용한다.
68. 반도체들을 고정 유지하기 위하여 점착성 표면들을 사용한다.
69. 리세스(recesses)의 하부에서 반도체들을 유지하기 위하여 점착성 표면들을 사용한다.
70. 반도체들이 롤링(rolling) 없이 접촉과 이동을 할 수 있도록 하기 위하여 미끄러운 표면들을 사용한다.
71. 중력을 이용하여, 유리커버와 렌즈미러를 셀 내로 밀어넣고 반도체와 접촉들 사이에 압축을 유지한다.
본 발명을 특정 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 변형들 및 변화들이 다음의 청구범위에서 규정된 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 구성될 수 있다.
Claims (82)
- 유전체 기판에 평면적으로 배치된 평활한 측면과 반구형상(Hemispheric shaped)의 곡률이 형성되고 적어도 2개의 전극이 형성된 슬롯(slot) 또는 홀(hole)에 일정한 방향으로 결합하기 위한 평활한 측면이 형성된 입상(granular)의 반도체 몸체가 탄성적 압축(elastic compression)에 의하여 일정한 방향으로 상기 전극과 접촉되게 결합 유지되고 상기 반도체 몸체에 연관된 광 도관(light conduit)을 통하여 집광 되는 직접적 또는 간접적 광자 컨버터(photon converter) 또는 프로듀서(producer)로 된 것을 특징으로 하는, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,슬롯 및 홀은 반도체 몸체와 상대적으로 결합할 수 있는 일정한 형상으로 형성되어 있어 슬롯 또는 홀에 상기 반도체 몸체가 탄성적 압축(elastic compression)이 가해져 결합할 수 있게 된, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 1 항에 있어서,슬롯 또는 홀에 구비된 적어도 2개의 전극이 반도체 몸체의 2개의 서로 다른 영역에 탄성적으로 압축을 가하여 접촉되는 형상과 구조로 되어 포토다이오드(photodiode) 및 열전쌍(thermocouple)이 형성되게 구성된, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,홀 또는 슬롯에 구비된 탄성적 구조에 의해 반도체 몸체를 홀 또는 슬롯 안에 물리적으로 삽입하여 탄성적인 가압상태로 고정유지되는, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,광전지(photovoltaic cell), 발광체(light emitter), 전기 컨버터에 대한 열에너지 또는 냉각장치(refrigerator)로 사용되는, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,광 도관은 형성된 포토다이오드에 결합된 집광 광학부품(light concentrating optic)인, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 1 항에 있어서,형성된 슬롯 또는 홀은 상기 광 도관의 한 부분인, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 1 항에 있어서,형성된 슬롯 또는 홀은 집광 컴포넌트들의 역할을 하는 전기적 캐리어(electrical carriers)들을 갖는, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,전극의 탄성적 압축은 서로 다른 열 팽창 치수 컴포넌트의 차이(differential thermal expansion dimensional component differenes)를 탄성적으로 브리징(bridging) 또는 버퍼링하는, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 1 항에 있어서,전극은 전기적 접점(electrical contacts)을 가지며, 광 도관과 광학적 컴포넌트 및 전기적 접점(electrical contacts)과 계면(interface) 재료의 구조는 재료와 재료 사이의 열 팽창 응력의 방향을 변환(redirecting) 또는 방산(dissipate)시키기 위하여 절곡(folds), 딤플(dimple), 다형 표면, 커브(curves), 및 굴곡(bends)으로 형성되는, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 32 항에 있어서,광학적 컴포넌트와 전기적 접점 및 계면 재료는 탄성적 압축에 인접한 유체로의 열 전달 및 방사 열 전달을 하기 위하여 절곡(folds), 딤플, 다형 표면, 커브(curves), 굴곡(bends) 형태로 형성되는, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 1 항에 있어서,접점의 하나의 외측 표면 상에 열 전도 구조 또는 재료 코팅을 촉진하기 위하여 방사 방출(radiant emission) 또는 대류(convection)를 구비한 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 1 항에 있어서,성형된(shaped) 반도체 몸체는 홀 또는 슬롯 내에 배치되기 전에 저 마찰면(low friction surface) 상에서 방향이 맞추어지고 이동되어 고정 유지되는, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,슬롯 또는 홀은 홀의 부분 내로 증착된 탄화플루오르(fluorocarbon) 또는 실리콘 윤활제의 저 마찰 계수의 유전체를 갖는, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 1 항에 있어서,반도체를 방향맞춤 또는 고정유지하기 위하여 상기 반도체 상에 사용될 수 있는 중력(gravity), 정전기 전하(electrostatic charge), 전기장(electric field), 또는 자기장(magnetic fields)을 구비하는, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,광 도관은 스펙트럼을 분할하고 상기 분할된 스펙트럼을 성형된 반도체 몸체의 서로 다른 영역 내로 배치된 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 1 항에 있어서,전극은 반도체로부터 열을 제거하는, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 1 항에 있어서,광원에서 차폐(shadowing)된 컨버터의 표면상에 방사 열 방출 또는 대류를 촉진하는 코팅이 구비되고, 상기 코팅은 범프(bumps), 섬유, 핀 딤플(fin dimples), 또는 리지(ridges), 또는 이산화 티타늄 입자, 그래파이트 입자, 또는 카본 블랙 입자가 충전된(loaded) 폴리머 또는 러버 필름(rubber film)으로 형성된, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 1 항에 있어서,광 도관은 반도체에 열적으로 결합된(thermally coupled), 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,반도체와 외부 사이의 계면(interface)의 광 도관은 상쇄되는 간섭 코팅(destructive interference coatings) 또는 굴절 변화율(index of refraction gradients)에 의해 광 반사가 감소되는 표면 처리가 된, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,집광 광학부품(light concentrating optics)은 태양의 디스크로 향하고(pointed)) 추적(tracked)하여 광선을 포토다이오드 내로 집광하게 된 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 1 항에 있어서,어레이는 광원을 향하지 않는 어레이의 표면을 둘러싼 밀폐함(enclosure)이 형성되어 상기 표면에 유체를 통과시키어 대류, 또는 펌핑 된 유체의 이동,또는 기화(vaporization)에 의하여 포토다이오드에서 발생되는 열을 제거하게 된 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
- 제 1 항에 있어서,어레이는 광원을 향하지 않는 표면을 둘러싼 밀폐함이 형성되고 포토다이오드에서 방출되는 열을 흡수하여 열적 상 전이(thermal phase change) 하는 재료를 유지하게 된, 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US81927306P | 2006-07-07 | 2006-07-07 | |
| US60/819,273 | 2006-07-07 | ||
| PCT/US2007/015623 WO2008005557A2 (en) | 2006-07-07 | 2007-07-09 | Micro concentrators elastically coupled with spherical photovoltaic cells |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090042229A KR20090042229A (ko) | 2009-04-29 |
| KR101443043B1 true KR101443043B1 (ko) | 2014-10-02 |
Family
ID=38895248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020097000238A KR101443043B1 (ko) | 2006-07-07 | 2007-07-09 | 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2038936A2 (ko) |
| JP (1) | JP2009543376A (ko) |
| KR (1) | KR101443043B1 (ko) |
| CN (1) | CN101501979A (ko) |
| AU (1) | AU2007269559A1 (ko) |
| CA (1) | CA2657099C (ko) |
| MX (1) | MX2009000045A (ko) |
| TW (1) | TWI466304B (ko) |
| WO (1) | WO2008005557A2 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9971108B2 (en) | 2014-03-05 | 2018-05-15 | Corning Optical Communications LLC | Methods of forming a fiber coupling device and fiber coupling device |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080186593A1 (en) | 2007-02-02 | 2008-08-07 | Sol Focus, Inc. | Metal trace fabrication for optical element |
| US20110120526A1 (en) * | 2008-05-26 | 2011-05-26 | Impel Microchip Ltd. | Monolithic Low Concentration Photovoltaic Panel Based On Polymer Embedded Photovoltaic Cells And Crossed Compound Parabolic Concentrators |
| DE102008064313A1 (de) * | 2008-12-20 | 2010-07-08 | Schott Solar Gmbh | Modulkühlung mittels Lüfter |
| FR2942058B1 (fr) * | 2009-02-06 | 2011-03-11 | Univ Sud Toulon Var | Procede de calcul optimise d'un dispositif de concentration de rayons, notamment de rayons solaires, et concentrateur de rayons ainsi obtenu |
| CN101764167B (zh) * | 2009-12-25 | 2011-08-24 | 赵耀华 | 太阳能光伏电池高效散热装置及热电联供系统 |
| US8884156B2 (en) | 2010-11-29 | 2014-11-11 | Palo Alto Research Center Incorporated | Solar energy harvesting device using stimuli-responsive material |
| RU2614515C2 (ru) | 2011-12-05 | 2017-03-28 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Осветительная система |
| US8752380B2 (en) | 2012-05-22 | 2014-06-17 | Palo Alto Research Center Incorporated | Collapsible solar-thermal concentrator for renewable, sustainable expeditionary power generator system |
| JP2014175538A (ja) * | 2013-03-11 | 2014-09-22 | Toyota Industries Corp | 太陽電池モジュール |
| JP6024529B2 (ja) * | 2013-03-11 | 2016-11-16 | 株式会社豊田自動織機 | 太陽電池モジュール、および太陽電池モジュールの製造方法 |
| JP5983471B2 (ja) * | 2013-03-11 | 2016-08-31 | 株式会社豊田自動織機 | 太陽電池モジュール |
| ES2527969B1 (es) * | 2013-08-01 | 2015-11-23 | Instituto Holográfico Andaluz, S.L. | Panel solar tridimensional térmico o fotovoltaico con holografía incorporada |
| CN104852677B (zh) * | 2015-03-19 | 2017-04-19 | 华南理工大学 | 一种微透镜吸光和微球硅聚光组合的太阳能电池 |
| KR101961834B1 (ko) * | 2017-11-06 | 2019-03-26 | 전북대학교산학협력단 | Led 디스플레이 장치 제조방법 |
| CN108306610A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-07-20 | 张明永 | 一种太阳能光伏发电装置 |
| TWI661456B (zh) * | 2018-07-31 | 2019-06-01 | 聚鼎科技股份有限公司 | 保護元件 |
| CN110828254B (zh) * | 2018-08-07 | 2022-11-25 | 聚鼎科技股份有限公司 | 保护元件 |
| CN109541668B (zh) * | 2018-12-03 | 2020-05-22 | 西安交通大学 | 一种无电源辐射监测装置及方法 |
| CN110390863B (zh) * | 2019-07-22 | 2021-08-20 | 中国原子能科学研究院 | 采用电极组件整体焊接工艺的热离子发电实验装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4514580A (en) * | 1983-12-02 | 1985-04-30 | Sri International | Particulate silicon photovoltaic device and method of making |
| US4697041A (en) * | 1985-02-15 | 1987-09-29 | Teijin Limited | Integrated solar cells |
| US20020096206A1 (en) * | 2000-11-24 | 2002-07-25 | Clean Venture 21 Corporation | Photovoltaic apparatus and mass-producing apparatus for mass-producing spherical semiconductor particles |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5854684A (ja) * | 1981-09-08 | 1983-03-31 | テキサス・インスツルメンツ・インコ−ポレイテツド | 太陽エネルギ−変換装置 |
| WO1998031054A1 (fr) * | 1997-01-13 | 1998-07-16 | Hitachi, Ltd. | Transducteur photoelectrique et dispositif l'utilisant |
| JPH1131837A (ja) * | 1997-07-14 | 1999-02-02 | Hitachi Ltd | 集光型太陽光発電装置及びこれを用いたモジュール |
| JP2000022184A (ja) * | 1998-07-03 | 2000-01-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 球状または棒状結晶太陽電池およびその製造方法 |
| JP2001210843A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-08-03 | Fuji Mach Mfg Co Ltd | 光発電パネルおよびその製造方法 |
| US6355873B1 (en) * | 2000-06-21 | 2002-03-12 | Ball Semiconductor, Inc. | Spherical shaped solar cell fabrication and panel assembly |
| JP3490969B2 (ja) * | 2000-11-24 | 2004-01-26 | 圭弘 浜川 | 光発電装置 |
| US7238966B2 (en) * | 2002-05-02 | 2007-07-03 | Josuke Nakata | Light-receiving panel or light-emitting panel, and manufacturing method thereof |
| ES2616177T3 (es) * | 2004-03-12 | 2017-06-09 | Sphelar Power Corporation | Célula solar multicapa |
-
2007
- 2007-07-06 TW TW096124657A patent/TWI466304B/zh not_active IP Right Cessation
- 2007-07-09 AU AU2007269559A patent/AU2007269559A1/en not_active Abandoned
- 2007-07-09 MX MX2009000045A patent/MX2009000045A/es active IP Right Grant
- 2007-07-09 CN CNA2007800257432A patent/CN101501979A/zh active Pending
- 2007-07-09 JP JP2009519476A patent/JP2009543376A/ja active Pending
- 2007-07-09 WO PCT/US2007/015623 patent/WO2008005557A2/en active Application Filing
- 2007-07-09 EP EP07810263A patent/EP2038936A2/en not_active Withdrawn
- 2007-07-09 CA CA2657099A patent/CA2657099C/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-07-09 KR KR1020097000238A patent/KR101443043B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4514580A (en) * | 1983-12-02 | 1985-04-30 | Sri International | Particulate silicon photovoltaic device and method of making |
| US4697041A (en) * | 1985-02-15 | 1987-09-29 | Teijin Limited | Integrated solar cells |
| US20020096206A1 (en) * | 2000-11-24 | 2002-07-25 | Clean Venture 21 Corporation | Photovoltaic apparatus and mass-producing apparatus for mass-producing spherical semiconductor particles |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9971108B2 (en) | 2014-03-05 | 2018-05-15 | Corning Optical Communications LLC | Methods of forming a fiber coupling device and fiber coupling device |
| US10012806B2 (en) | 2014-03-05 | 2018-07-03 | Corning Optical Communications LLC | Methods of forming a fiber coupling device and fiber coupling device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2008005557A2 (en) | 2008-01-10 |
| WO2008005557A3 (en) | 2009-04-02 |
| MX2009000045A (es) | 2009-03-24 |
| TWI466304B (zh) | 2014-12-21 |
| WO2008005557A9 (en) | 2008-02-21 |
| TW200824134A (en) | 2008-06-01 |
| CA2657099C (en) | 2016-03-29 |
| CN101501979A (zh) | 2009-08-05 |
| JP2009543376A (ja) | 2009-12-03 |
| AU2007269559A1 (en) | 2008-01-10 |
| EP2038936A2 (en) | 2009-03-25 |
| KR20090042229A (ko) | 2009-04-29 |
| CA2657099A1 (en) | 2008-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101443043B1 (ko) | 구형 광전지와 탄성적으로 결합되는 마이크로 콘센트레이터 | |
| US8013238B2 (en) | Micro concentrators elastically coupled with spherical photovoltaic cells | |
| US5482568A (en) | Micro mirror photovoltaic cells | |
| US9923112B2 (en) | Concentrated photovoltaic system modules using III-V semiconductor solar cells | |
| US9331228B2 (en) | Concentrated photovoltaic system modules using III-V semiconductor solar cells | |
| US9732938B2 (en) | Illumination panel | |
| US20090266395A1 (en) | Solar concentration and cooling devices, arrangements and methods | |
| US20040112424A1 (en) | Solar cell assembly, and photovoltaic solar electric generator of concentrator type | |
| JP2009543376A5 (ko) | ||
| ES2400634B2 (es) | Módulos de sistema fotovoltaico de concentración usando células solares de semiconductores iii-v. | |
| JPWO2008059593A1 (ja) | スタック型太陽電池装置 | |
| US10418501B2 (en) | Wafer-integrated, ultra-low profile concentrated photovoltaics (CPV) for space applications | |
| US9960303B2 (en) | Sunlight concentrating and harvesting device | |
| RU2354005C1 (ru) | Фотоэлектрический модуль | |
| WO2020027730A1 (en) | Improved solar panel | |
| US20190353882A1 (en) | Solar concentrator apparatus and solar collector array | |
| WO2014028336A2 (en) | Solar receiver and conversion apparatus for concentrated photovoltaic systems | |
| US20240186437A1 (en) | Self-similar high efficiency solar cells and concentrators |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |