KR20030081321A - 발광 또는 수광용 반도체 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

솔라 모듈(20)은 제1, 제2 시트부재(21, 22), 이들 시트부재(21, 22)의 사이에 도전 방향을 시트부재의 면과 직교하는 상태로 삽입한 복수 열(복수 군)의 구형 솔라 셀(11), 각 군(群)의 구형 솔라 셀(11)을 병렬 접속하는 기구, 각 군의 구형 솔라 셀(11)과 그것에 인접하는 군의 구형 솔라 셀(11)을 직렬 접속하는 기구, 양극 단자(23) 및 음극 단자(24)를 가진다. 좌단측에서 차례로 홀수 번째 열의 구형 솔라 셀(11)에서는 양극이 아래에 음극이 위에 형성되고, 짝수 번째 열의 구형 솔라 셀(11)에서는 양극이 위에 음극이 아래에 형성되어 있다.

Description

발광 또는 수광용 반도체 모듈 및 그 제조 방법 {LIGHT-EMITTING OR LIGHT-RECEIVING SEMICONDUCTOR MODULE AND METHOD FOR MAKING THE SAME}
종래, p형 또는 n형의 반도체로 이루어지는 작은 직경의 구형 반도체 소자의 표면부에 확산층을 통하여 pn접합을 형성하고, 이들 복수의 반도체 소자를 공통 전극에 병렬 접속하여 태양전지에 활용하는 기술이 연구되어 있다.
미국 특허공보 제3,998,659호에는 n형의 구형 반도체의 표면에 p형 확산층을 형성하고, 복수의 구형 반도체의 확산층을 공통의 막형 전극(양극)에 접속함과 동시에 복수의 구형 반도체의 n형 코어부를 공통의 막형 전극(음극)에 접속하여 태양전지를 구성하는 예가 기재되어 있다.
미국 특허공보 제4,021,323호에는 p형의 구형 반도체소자와 n형의 구형 반도체소자를 직렬형으로 배설하고, 이들 반도체소자를 공통의 막형 전극에 접속함과동시에, 이들 반도체소자의 확산층을 공통의 전계액(電界液)에 접촉시켜, 태양광을 조사하여 전계액의 전기 분해를 일으키는 태양 에너지 컨버터(반도체 모듈)가 개시되어 있다.
미국 특허공보 제4,583,588호나 미국 특허공보 제5,469,020호에 나타나 있는 구형 셀을 이용한 모듈에서도, 각 구형 셀은 시트형의 공통 전극에 접속하여 설치되어 있기 때문에, 복수의 구형 셀을 병렬 접속하는데 적합하지만, 복수의 구형 셀을 직렬 접속하는데는 적합하지 않는다.
한편, 본원의 발명자는 국제공개공보 WO98/15983호나 WO99/10935호에 나타낸 바와 같이, p형 또는 n형의 반도체로 이루어지는 구형의 반도체소자에 확산층, pn접합, 1쌍의 전극을 형성한 입자형의 발광 또는 수광용의 반도체 셀을 제안하였다. 그리고, 국제공개공보 WO98/15983호에는 복수의 구형 반도체 셀을 직렬 접속하거나 그 복수의 직렬 접속부재를 병렬 접속하여 태양전지, 물의 전기 분해 등에 제공하는 광촉매 장치, 여러 가지의 발광소자, 컬러 디스플레이 등에 적용 가능한 반도체 모듈을 제안하였다.
이 반도체 모듈에서, 어느 직렬 접속부재의 어느 반도체 셀이 고장으로 인해 개방 상태가 되면, 그 반도체소자를 포함하는 직렬 회로에는 전류가 흐르지 않게 되어, 그 직렬 접속부재에서의 나머지 정상적인 반도체 셀도 기능정지 상태가 되어 반도체 모듈의 출력이 저하한다.
그래서, 본원의 발명자는 복수의 반도체 셀을 매트릭스형에 배설하고, 각 열의 반도체 셀을 직렬 접속함과 동시에 각 행의 반도체 셀을 병렬하는 직병렬 접속구조를 착상하여 복수의 국제 특허 출원을 제출하고 있다.
그러나, 국제공개공보 WO98/15983호의 반도체 모듈에서는 반도체 셀의 전극끼리를 접속함으로써 복수의 반도체 셀을 직렬 접속하고, 이 직렬 접속부재를 복수열 평면적으로 늘어놓은 구조를 채용하기 때문에, 그리고 반도체 셀의 1쌍의 전극은 매우 작기 때문에, 상기 직병렬 접속 구조를 채용하는 경우에 제조 기술이 복잡하게 되어 대형의 반도체 모듈을 제조하는 것이 어렵고, 반도체 모듈의 제조 코스트가 고가로 된다.
즉, 반도체 모듈을 제작하는 경우, 제1 행째의 복수의 반도체 셀을 병렬 접속하고, 이 위에 다음 단의 행의 복수의 반도체 셀을 병렬 접속과 직렬 접속하는 상태로 통합하여 접속하고, 차례차례 이것을 반복하여 상기 직병렬 접속 구조를 조립하지 않으면 안 된다. 또, 직렬 접속한 셀 사이에 간격이 없기 때문에, 주위의 반사, 산란한 빛의 거둬들임이 반드시 양호하다고는 할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 발광 또는 수광용 반도체 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 pn접합과 1쌍의 전극을 가지는 복수의 입자형의 반도체 셀을 1쌍의 시트부재 사이에 넣어, 이들 복수의 반도체 셀을 직병렬 접속하는 구조와 그 제조 방법에 관한 것이다. 이 반도체 모듈은 태양전지 패널, 조명용 패널, 디스플레이, 반도체 광촉매 등의 여러 가지 용도에 적용 가능한 것이다.
도 1은 구형 솔라 셀의 단면도이다.
도 2는 다른 구형 솔라 셀의 단면도이다.
도 3은 솔라 모듈의 제1 시트부재의 이면도이다.
도 4는 솔라 모듈의 제2 시트부재의 평면도이다.
도 5는 제1 시트부재와 제2 시트부재를 조립하는 도중의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 제1 시트부재의 평면도이다.
도 7은 솔라 모듈의 평면도이다.
도 8은 솔라 모듈의 단면도이다.
도 9는 솔라 모듈의 등가 회로도이다.
도 10은 변형예 1에 따른 솔라 모듈의 제1 시트부재의 이면도이다.
도 11은 제2 시트부재의 평면도이다.
도 12는 솔라 모듈의 단면도이다.
도 13은 변형예 2에 따른 솔라 모듈의 제1 시트부재의 평면도이다.
도 14는 제1 시트부재의 이면도이다.
도 15는 제2 시트부재의 평면도이다.
도 16은 솔라 모듈의 단면도이다.
도 17은 솔라 모듈의 주요부 확대 단면도이다.
도 18은 솔라 모듈의 등가회로도이다.
도 19는 변형예 3에 따른 솔라 모듈의 제1 시트부재의 이면도이다.
도 20은 제2 시트부재의 평면도이다.
도 21은 솔라 모듈의 단면도이다.
도 22는 구형 다이오드의 단면도이다.
도 23은 변경한 제1 시트부재의 이면도이다.
도 24는 다른 구형 솔라 셀의 단면도이다.
도 25는 다른 구형 솔라 셀의 단면도이다.
도 26은 원주형 솔라 셀의 단면도이다.
본 발명의 목적은 입자형의 복수의 반도체 셀을 직병렬 접속 구조로 접속한 발광 또는 수광용 반도체 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 셀 사이의 반사 산란광을 이용하기 쉽게 하는 셀 배치를 구비한 발광 또는 수광용 반도체 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 간단한 제조 기술로 제작 가능한 직병렬 접속 구조를 구비한 발광 또는 수광용 반도체 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 제조 코스트를 줄일 수 있는 발광 또는 수광용 반도체 모듈의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 발광 또는 수광용 반도체 모듈은 광투과성의 절연 재료제의 제1 시트부재와 상기 제1 시트부재에 평행하게 대향시킨 절연 재료제의 제2 시트부재를 포함하는 1쌍의 시트부재, 및 상기 시트부재들 사이에 복수행 복수열로 배설된 복수의 입자형의 반도체 셀을 구비하고 있다.
상기 반도체 셀 각각은 p형 또는 n형의 반도체 입자와 반도체 입자의 표층부에 형성된 pn접합, 및 반도체 입자의 양단에 서로 대향형으로 형성되고 pn접합의 양단에 접속된 1쌍의 전극을 구비하고, 발광 또는 수광 기능을 가지며, 각 반도체 셀은 1쌍의 전극을 묶는 도전 방향이 1쌍의 시트부재와 직교하는 상태로 배설되어 있다.
그리고, 복수의 입자형 반도체 셀은 도전 방향을 맞추어 배설된 그룹을 이루는 복수의 반도체 셀을 단위로 하여 복수군(複數群)으로 그룹화 되어 있다. 상기 1쌍의 시트부재의 서로 대향하는 내면에 각 군의 복수의 반도체 셀을 병렬 접속하는 병렬 접속 기구와, 각 군의 반도체 셀과 이에 인접하는 군의 반도체 셀을 직렬 접속하는 직렬 접속 기구가 설치되어 있다.
여기서, 다음과 같은 구성을 적절히 채용하는 것도 가능하다.
(1) 상기 각 반도체 셀이 광전(光電) 변환을 수반하는 수광 기능을 가진다.
(2) 상기 각 반도체 셀이 전광(電光) 변환을 수반하는 발광 기능을 가진다.
(3) 상기 입자형의 반도체 셀이 구형 반도체 셀이다.
(4) 상기 입자형의 반도체 셀이 원주형 반도체 셀이다.
(5) 상기 제2 시트부재가 광투과성 시트부재로 이루어진다.
(6) 상기 제1 시트부재가 유리제의 시트부재로 이루어지고, 이 유리제의 시트부재의 외표면에 미세한 복수의 피라미드 컷 또는 요철이 형성되어 있다.
(7) 상기 1쌍의 시트부재는 합성 수지제의 유연성(flexible) 시트부재로 이루어진다.
(8) 상기 1쌍의 시트부재 사이의 복수의 반도체 셀 사이의 공간에 절연성 투명 합성수지가 충전되어 있다.
(9) 상기 병렬 접속 기구는 제1, 제2 시트부재의 내면에 각각 형성된 제1 도전막을 갖고, 상기 직렬 접속 기구는 제1, 제2 시트부재의 내면에 각각 형성된 제2 도전막을 갖는다.
(10) (9)에서, 상기 제1 시트부재의 내면의 제1, 제2 도전막은 투명한 금속 산화물제 도전막으로 이루어진다.
(11) (10)에서, 상기 제2 시트부재의 내면의 제1, 제2 도전막은 투명한 금속 산화물제 도전막으로 이루어진다.
(12) (10)에서, 상기 제2 시트부재의 내면의 제1, 제2 도전막은 광반사막으로서 기능하는 금속제 도전막으로 이루어진다.
(13) (9)에서, 상기 제1 시트부재의 내면의 제1, 제2 도전막은 프린트 배선으로 이루어진다.
(14) (13)에서, 상기 제2 시트부재의 내면의 제1, 제2 도전막은 프린트 배선으로 이루어진다.
(15) (13)에서, 상기 제2 시트부재의 내면의 제1, 제2 도전막은 광반사막으로서 기능하는 금속제 도전막으로 이루어진다.
(16) 상기 제2 시트부재가 광투과성의 시트부재로 구성되고, 상기 1쌍의 시트부재의 표면측과 이면측으로부터 입사하는 외래광(外來光)을 수광할 수 있도록 구성하였다.
(17) (16)에서, 상기 반도체 셀 끼리의 사이에 소정의 간격이 마련되고, 상기 1쌍의 시트부재의 표면측으로부터 이면측 또는 이면측으로부터 표면측을 부분적으로 투시 가능하게 구성하였다.
(18) (2)에서, 상기 제2 시트부재가 광투과성의 시트부재로 구성되고, 상기 1쌍의 시트부재의 표면측과 이면측으로의 광을 방사 가능하게 구성하였다.
본 발명에 따른 발광 또는 수광용 반도체 모듈의 제조 방법은,
광투과성의 절연 재료제의 제1 시트부재, 상기 제1 시트부재에 평행하게 대향 가능한 절연 재료제의 제2 시트부재, 및 발광 또는 수광 기능을 가지며 1쌍의 전극을 구비한 복수의 반도체 셀을 미리 준비하는 제1 공정,
상기 제1, 제2 시트부재의 내면에 복수의 도전막을 각각 형성하는 제2 공정,
상기 제1 시트부재의 각 도전막의 일부분에 복수의 반도체 셀의 한쪽 전극을 접착하고, 제2 시트부재의 각 도전막의 일부분에 복수의 반도체 셀의 상기 한쪽 전극과 같은 한쪽 전극을 접착하는 제3 공정, 및
상기 제1, 제2 시트부재를 접근 대향시키고, 상기 제1 시트부재의 각 도전막에 접착된 복수의 반도체 셀의 다른쪽 전극을 제2 시트부재의 대응하는 도전막에 접착하고, 상기 제2 시트부재의 각 도전막에 고착된 복수의 반도체 셀의 다른쪽 전극을 제1 시트부재의 대응하는 도전막에 접착하는 제4 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 다른 발광 또는 수광용 반도체 모듈의 제조 방법은,
광투과성의 절연 재료제의 제1 시트부재, 상기 제1 시트부재에 평행하게 대향 가능한 절연 재료제의 제2 시트부재, 및 발광 또는 수광 기능을 가지고 1쌍의 전극을 구비한 복수의 반도체 셀을 미리 준비하는 제1 공정,
상기 제1, 제2 시트부재의 내면에 복수의 도전막을 각각 형성하는 제2 공정,
상기 제2 시트부재의 각 도전막에 복수의 반도체 셀의 한쪽 전극을 접합하는 제3 공정, 및
상기 제1, 제2 시트부재를 접근 대향시켜, 상기 제2 시트부재의 측면에 고착된 복수의 반도체 셀의 다른쪽 전극을 제1 시트부재의 대응하는 도전막에 접합하는 제4 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서 상기 제4 공정에서, 이 제4 공정에서 병렬 접속되는 복수의 반도체 셀의 군을 인접하는 군에게 직렬 접속할 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1, 도 2에는 입자형의 수광용 반도체 셀인 구형 솔라 셀(1, 11)이 나타나 있다. 도 1에 나타낸 구형 솔라 셀(1)은 저항율이 1Ωm 정도의 p형 실리콘 단결정으로 이루어지는 직경이 약 0.6∼2.0mm인 구형 결정(2)을 소재로 하여 형성된다. 이 구형 결정(2)의 하단에 직경 약 0.6mm의 평탄면(3)이 형성되고, 이 구형 결정(2)의 표면부에 인(P)을 확산한 n+형 확산층(4)(두께 약 0.4∼0.5mm)과 pn 접합(5)이 형성되어 있다. 또, 상기 평탄면(3)의 직경 0.6mm는 직경 2.0mm의 구형 결정(2)인 경우의 크기이다.
구형 결정(2)의 중심을 사이에 두고 대향하는 양단부에는 1쌍의 전극(6, 7), 양극(6)과 음극(7)이 설치되고, 음극(7)이 평탄면(3)에 배치되어 있다. 양극(6)은 구형 결정(2)에 접속되고, 음극(7)은 n+형 확산층(4)에 접속되어 있다. 양극(6)과 음극(7)을 제외한 표면 전체에는 SiO2또는 TiO2의 절연막으로 이루어지는 반사 방지막(8)(두께 약 0.6∼0.7mm)이 형성되어 있다. 양극(6)은 예를 들면 알루미늄 페이스트를 소성하여 형성되고 음극(7)은 페이스트를 소성하여 형성된다.
이러한, 구형 솔라 셀(1)은 본 발명자가 국제공개공보 WO98/15983호에 제안한 방법으로 구형 결정(2)을 제작한 후, 평탄면(3), n+형 확산층(4), 1쌍의 전극(6, 7), 반사 방지막(8)을 형성하여 제작할 수 있다. 구형 결정(2)을 제작하는 경우, 높이 약 14m의 낙하 튜브를 채용하고, 원료인 p형 실리콘의 입자를 낙하 튜브의 상단측의 내부에서 가열 용융(溶融)한 후 자유 낙하시키면서 표면장력의 작용으로 완전한 구형을 유지하면서 응고시켜 거의 완전 구형의 구형 결정(2)을 제작한다. 또, 구형 결정(2)은 낙하 튜브에 의하지 않고 기계적인 연마 방식 등의 방식에 의해 구형 또는 거의 구형인 결정으로 형성할 수도 있다.
상기 평탄면(3)은 구형 결정(2)의 일부를 기계적으로 연마하여 형성할 수 있다. 이 평탄면(3)을 형성하기 때문에 구형 결정(2)이 쉽게 구르지 않게 되며, 진공 핀셋으로 흡착 가능해져, 양극(6)과 음극(7)이 식별 가능해진다. 다음에, n+형 확산층(4)을 형성하는 경우는 구형 결정(2)의 정상부의 일부를 마스킹한 상태로, n형 불순물인 인(P)을 공지의 방법 또는 상기 공보에 개시한 방법으로 구형 결정(2)의 표면에 확산시킨다. 1쌍의 전극(6, 7), 반사 방지막(8)도 공지의 방법 또는 상기 공보에 개시한 방법으로 형성할 수 있다. 이 구형 솔라 셀(1)은 광전 변환 기능을 가지며, 태양광을 수광하여 0.5∼0.6V의 광기전력을 발생한다.
도 2에 나타내는 구형 솔라 셀(11)은 도 1에 나타내는 구형 솔라 셀(1)과 비교하여 n+형 확산층(14)과 1쌍의 전극(16, 17)의 위치를 반대로 구성한 것이며, 거의 동일한 구조이다. 이 구형 솔라 셀(11)은 p형 실리콘 단결정으로 이루어지는구형 결정(12), 평탄면(13), n+형 확산층(14), pn접합(15), 양극(16)과 음극(17)으로 이루어지는 1쌍의 전극(16, 17), 반사 방지막(18)을 가지며, 이것들은 상기 구형 솔라 셀(1)에서의 구형 결정(2), 평탄면(3), n+형 확산층(4), pn접합(5), 1쌍의 전극(6, 7), 반사 방지막(8)과 동일한 것이며, 동일하게 제작 또는 형성할 수 있다.
다음에, 상기한 2종류의 구형 솔라 셀(1, 11) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 이용하여 반도체 모듈인 패널형 솔라 모듈을 구성할 수 있다. 그래서, 최초의 실시예에서는 구형 솔라 셀(11)을 채용한 솔라 모듈(20)의 제조 방법과 구조에 대하여 도 3∼도 9에 기초하여 설명한다.
먼저, 솔라 모듈(20)의 개요에 대해 설명한다.
솔라 모듈(20)은 1쌍의 시트부재(21, 22) 사이에 복수의 구형 솔라 셀(11)을 복수행 복수열의 매트릭스 형태로 삽입한 구조를 갖는 것이며, 솔라 모듈(20)의 종횡 크기가, 예를 들면 10cm×20cm로 구형 솔라 셀(11)의 배열 피치가, 예를 들면 4mm라고 하면, 복수의 구형 솔라 셀(11)이 예를 들면 25행 50열의 매트릭스 형태로 배치되게 된다. 이러한 상세한 구조는 도시하는 것이 어렵기 때문에, 본 실시예에서는 이해하기 쉽도록 50개의 구형 솔라 셀(11)을 5행 10열로 배설한 경우를 예로서 확대 도시해 설명한다.
도 7, 도 8에 나타낸 바와 같이, 솔라 모듈(20)은 광투과성 절연 재료제(材料製)의 제1 시트부재(21)와 이 제1 시트부재(21)에 평행하게 대향시킨 절연 재료제의 제2 시트부재(22)를 포함하는 1쌍의 시트부재와, 이들 시트부재(21, 22) 사이에 5행 10열로 배설된 50개의 구형 솔라 셀(11) 등을 구비하고 있다. 제2 시트부재(22)의 좌단부와 우단부에는 양극 단자(23)와 음극 단자(24)가 각각 설치되어 있다.
각 구형 솔라 셀(11)은 1쌍의 전극(16, 17)을 연결하는 도전 방향이 1쌍의 시트부재(21, 22)와 직교하는 상태에 배설되어 있다. 각 열에는 동종의 구형 솔라 셀(11)이 도전 방향을 맞추어 배치되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 시트부재(21)에 접착되는 각 열의 5개의 구형 솔라 셀(11)은 양극(16)을 위로, 그리고 음극(17)을 아래로 향한 상태로 배치되고, 제2 시트부재(22)에 접착되는 각 열의 5개의 구형 솔라 셀(11)은 양극(16)을 아래로 그리고 음극(17)을 위로 향한 상태로 배치되어 있다. 1쌍의 시트부재(21, 22)의 서로 대향하는 내면에 각 군(群)의 5개의 구형 솔라 셀(11)을 병렬 접속하는 병렬 접속 기구와, 각 군의 구형 솔라 셀(11)과 그것에 인접하는 구형 솔라 셀(11)을 직렬 접속하는 직렬 접속 기구가 설치되어 있다.
다음에, 솔라 모듈(20)의 제조 방법과 상세 구조에 대해 설명한다.
처음에, 제1, 제2 시트부재(21, 22)와 25개의 구형 솔라 셀(1)과 50개의 구형 솔라 셀(11)을 미리 준비한다.
제1, 제2 시트부재(21, 22)는 두께 0.1∼0.5mm의 투명한 유연성 프린트 기판이며, 투명한 전기절연성 합성수지재료(폴리카보네이트, 아크릴, 폴리아릴레이트, 메타크릴, 실리콘, 폴리에스텔 등)로 구성되어 있다. 제1 시트부재(21)의 외면(상면)에는 솔라 모듈(20)에 입사하는 광반사 손실을 줄이기 위하여, 복수행 복수열의 돔형의 작은 볼록부(25)(이것이 요철에 상당한다)가 형성되어 있다. 이 복수행 복수열의 볼록부(25)는 제1 시트부재(21)를 롤 성형할 때에 형성할 수 있다.
다음에, 도 3은 상하를 반대로 한 제1 시트부재(21)를 나타내고, 이 도 3에 나타낸 바와 같이 제1 시트부재(21)의 내면(하면)에, 5조의 사다리형의 도전 경로(26)(도전막)를 형성함과 동시에, 도 4에 나타낸 바와 같이 제2 시트부재(22)의 내면(상면)에 4조의 사다리형의 도전 경로(27)(도전막)과 2조의 반(半)사다리형의 도전 경로(28, 29)(도전막)를 형성한다. 제1 시트부재(21)의 내면에 동박을 붙이고, 도전 경로(26)를 마스킹한 상태로 에칭 처리하여 프린트 배선을 형성하며, 그 프린트 배선의 표면에 은도금을 실시하여 도전 경로(26)를 형성한다. 마찬가지로, 제2 시트부재(22)의 내면에 동박을 붙이고, 도전 경로(27∼29)를 마스킹한 상태로 에칭 처리해 프린트 배선을 형성하며, 그 프린트 배선의 표면에 은도금을 실시하여 도전 경로(27∼29)를 형성한다.
또, 제2 시트부재(22)에서는 좌단 부분에 반사다리형의 도전 경로(28)에 접속된 양극 단자(23)를 형성하고, 우단 부분에 반사다리형의 도전 경로(29)에 접속된 음극 단자(24)를 형성한다. 양극 단자(23)와 음극 단자(24)에는 솔라 모듈(20)을 다른 솔라 모듈이나 상기 배선에 전기적으로 접속하기 위한 스루홀(23a, 24a)이 형성되어 있다. 도전 경로(26∼29)를 형성할 때에, 도전 경로(26∼29) 중 구형 솔라 셀(11)의 양음 전극(16, 17)을 접합하는 교점부에 대략 원형의 패드부(30)가 형성된다.
다음에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 시트부재(21)의 내면을 상방으로 향한 상태로 하여 각 열의 5개의 구형 솔라 셀(11)의 양극(16)에 도전성 에폭시 수지 등의 도전성 접착제를 도포하여 각 조(組)의 도전 경로(26)의 한쪽 병렬 접속부(26a)의 5개의 패드부(30)에 접착한다. 그리고, 그 접착이 경화한 후, 각 열의 5개의 구형 솔라 셀(11)의 음극(17)에 도전성 접착제를 도포한다.
이와 동일하게, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 시트부재(22)의 내면을 상방으로 향한 상태로 하여 각 열의 5개의 구형 솔라 셀(11)의 양극(16)에 도전성 접착제를 도포하여 각 조의 도전 경로(27)의 한쪽 병렬 접속부(27a)의 5개의 패드부(30)에 접착함과 동시에, 좌단부의 도전 경로(28)의 병렬 접속부(28a)의 5개의 패드부(30)에 접착한다. 그리고, 그 접착이 경화한 후, 각 열의 5개의 구형 솔라 셀(11)의 음극(17)에 도전성 접착제를 도포한다.
다음에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 시트부재(21)의 내면의 외주부에 부틸고무로 이루어지는 실런트(sealant)(31)를 붙여 1개의 개구부(31a)를 형성한다. 마찬가지로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 시트부재(22)의 내면의 외주부에 부틸고무로 이루어지는 실런트(32)를 상기 실런트(31)에 대향하도록 붙여 상기 개구부(31a)에 대응하는 1개의 개구부(32a)를 형성한다.
다음에, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 시트부재(21)를 도 3의 자세에서 반전시킨 상태로 하고, 그 제1 시트부재(21)를 제2 시트부재(22)의 위쪽에 대향시켜, 제1 시트부재(21)의 5열의 구형 솔라 셀(1)을 제2 시트부재(22)의 5개의 병렬 접속부(27b, 29b)에 대향시킨 상태로 위치를 결정한 후, 제1, 제2 시트부재(21, 22)를접근시켜 제1 시트부재(21)의 각 열의 구형 솔라 셀(11)의 음극(17)을 제2 시트부재(22)의 대응하는 병렬 접속부(27b, 29b)에 접착하고, 제2 시트부재(22)의 각 열의 구형 솔라 셀(11)의 음극(17)을 제1 시트부재(21)의 대응하는 병렬 접속부(26b)에 접착한다. 이 때, 실런트(31)와 실런트(32)를 접합시키고, 가열 경화시켜 직사각형 틀 모양의 실런트벽(33)을 형성한다. 그 후, 개구부(31a, 32a)로 형성된 주입구로부터 제1, 제2 시트부재(21, 22) 사이의 실런트벽(33)의 안쪽의 공간에 절연성 투명 액체(메타아크릴수지나 실리콘수지를 주성분으로 하는 충전재)를 주입하여 충전하고, 가열 또는 자외선 조사에 의해 유연성 충전재(34)에 경화시키면, 솔라 모듈(20)이 완성된다.
또, 제1 시트부재(21)의 내면을 아래쪽으로 향한 상태로 반송 라인 위를 반송하면서, 제1 시트부재(21)에 대한 도전 경로(26)의 형성이나, 구형 솔라 셀(11)의 접착을 실시할 수도 있으므로 여러 장치나 기구를 편성한 자동화 라인으로 솔라 모듈(20)을 조립할 수도 있다. 또, 도전 경로(26∼29)를 투명한 도전성 합성수지막으로 구성할 수도 있다.
이상과 같은 구조의 솔라 모듈(20)에서는 각 열의 5개의 구형 솔라 셀(11)(각 군의 구형 솔라 셀)이 상하 병렬 접속부(26a, 27a, 28a, 26b, 27b, 29b)에 의해 병렬 접속되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 시트부재(21)의 각 조의 도전 경로(26)의 병렬 접속부(26a, 26b)는 직렬 접속부(26c)에 의해 직렬 접속되어 있다. 마찬가지로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 시트부재(22)의 각 조의 도전 경로(27)의 병렬 접속부(27a, 27b)는 직렬 접속부(27c)에 의해 직렬 접속되고 좌단측의 병렬 접속부(28a)는 직렬 접속부(28c)에 의해 양극 단자(23)에 직렬 접속되며, 우단측의 병렬 접속부(29b)는 직렬 접속부(29c)에 의해음극 단자(24)에 직렬 접속되어 있다. 이렇게 하여, 각 열의 구형 솔라 셀(11)(각 군의 구형 솔라 셀)은 직렬 접속부(26c)∼(29c)를 통하여 인접하는 열(군)의 구형 솔라 셀(11)에 직렬 접속되고, 그 양단에 양극 단자(23)와 음극 단자(24)가 접속되어 있다. 즉, 상하의 병렬 접속부(26a, 27a, 28a, 26b, 27b, 29b)가 병렬 접속 기구에 상당함과 동시에 제1 도전막에 상당하고, 또, 직렬 접속부(26c)∼(29c)가 직렬 접속 기구에 상당함과 동시에 제2 도전막에 상당한다.
도 9는 이 솔라 모듈(20)의 등가회로를 나타내는 것이며, 1개의 구형 솔라 셀(11)의 광기전력이 예를 들면 0.6V인 경우, 양극 단자(23)와 음극 단자(24)의 사이에 6.0V의 광기전력이 발생한다. 그리고, 각 행의 10개의 구형 솔라 셀(11)에 의해 발생하는 전류를 I라고 하면, 양극 단자(23)로부터 외부 부하로 5I의 전류가 출력된다.
이 솔라 모듈(20)에 있어서는 각 열(각 군)의 5개의 구형 솔라 셀(11)이 병렬 접속되고, 각 열의 5개의 구형 솔라 셀(11)과 그것에 인접하는 열의 5개의 구형 솔라 셀(11)이 직렬 접속되어 있기 때문에, 어느 쪽인가의 구형 솔라 셀(11)이 고장이나 음지에 의해 기능 저하나 기능 정지한 경우에도, 그러한 구형 솔라 셀(11)에 의한 광기전력이 저하하거나 정지할 뿐으로 정상적인 구형 솔라 셀(11)의 출력은 병렬 접속 관계에 있는 그 외의 구형 솔라 셀을 통하여 분류 출력되기 때문에, 일부 구형 솔라 셀의 고장이나 기능 저하에 의한 악영향은 거의 생기지 않고, 신뢰성과 내구성이 뛰어난 솔라 모듈(20)이 된다.
이 솔라 모듈(20)에서는 통상 제1 시트부재(21)를 광 입사측을 향하여 배치하지만, 제1 시트부재(21)의 표면에 복수의 미세한 볼록부(25)가 형성되어 있기 때문에, 외래광의 입사 방향이 크게 기울어진 경우에도, 복수의 볼록부(25)의 표면에서의 굴절이나 난반사를 반복하면서 내부에 도입되고, 구형 솔라 셀(11)에 여러 방향으로부터 입사한다. 각 구형 솔라 셀(11)의 표면은 구면이기 때문에 여러 방향으로부터 오는 빛을 도입하는 광도입성이 뛰어나기 때문에, 솔라 모듈(20)에서의 광이용율이 높게 유지된다. 게다가, 구형 솔라 셀(11)은 구형이기 때문에, 흡수 가능한 빛의 입사 방향이 좁게 제약되지 않고, 여러 방향으로부터 오는 빛을 흡수 가능하여, 광이용율이 높게 유지된다.
제2 시트부재(22)가 투명 재료로 구성되어 있기 때문에, 이면(裏面)측으로부터 제2 시트부재(22)를 통해 입사하는 빛에 의해서도 광기전력이 발생한다. 단, 제2 시트부재(22)의 이면 측으로부터의 빛의 입사가 없는 경우에는 제2 시트부재(22)의 이면에 제1 시트부재(21)쪽에서 입사 한 빛을 반사하는 반사막을 붙인 구조로 할 수도 있다.
이 솔라 모듈(20)에서는 구형 솔라 셀(11)끼리의 사이에 소정의 간격이 마련되고, 제1, 제2 시트부재(21, 22)가 투명 재료로 구성되며 채광성이 있기 때문에, 솔라 모듈(20)을 유리창으로 또는 유리창에 붙여 사용할 수도 있다. 단, 채광이 필요없는 경우에는 구형 솔라 셀(11)의 배치 피치를 작게 하여 발전능력을 높이도록 구성할 수도 있다.
이 솔라 모듈(20)은 그 두께는 약 1.0∼3.0mm로 매우 얇고, 경량이며, 유연한 구조이기 때문에, 적용 범위가 넓고, 건물의 지붕, 담, 벽면, 여러 가지 물체의 곡면형 표면에 부착하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 자동차의 차체의 표면에 붙여 발전하는 솔라 모듈을 실현하거나 자동차의 유리창에 통합하여 발전하는 솔라 모듈을 실현하거나 할 수도 있다. 또, 의복에 통합하여 모바일 기기의 전원에 적용 가능한 모듈로 할 수도 있다. 또, 두루마리처럼 수납하거나 전개하거나 할 수 있는 모듈로 할 수도 있다. 또, 곡면형의 모듈로 구성하는 경우에는 광학적인 지향성을 확대할 수도 있다.
이 솔라 모듈(20)에서는 부재 수가 적고, 얇고, 경량이기 때문에 콤팩트하며, 비교적 간단한 자동화 라인에 의해 제조 가능하고 폐기물의 발생도 적다.
그리고, 구형 솔라 셀(11)을 제1, 제2 시트부재(21, 22)의 도전 경로(26∼29)에 직접 본딩할 수 있기 때문에, 구형 솔라 셀(11)의 배치와 배선 설계의 자유도가 크고, 셀 수를 적절히 선택 가능하므로 소출력용 모듈, 고전압용 모듈, 대출력용 모듈 등 용도에 따라 자유롭게 설계할 수 있다. 이 솔라 모듈(20)에서는 양극 단자(23)와 음극 단자(24)를 구비하고 있기 때문에 표준적인 솔라 모듈(20)을 복수 제작함으로써 그것들을 직렬 접속하거나 병렬 접속하거나 직병렬 접속하거나 함으로써 용도에 따라 적절히 확장할 수 있다. 또, 이 솔라 모듈(20)에서는 구형 솔라 셀(11)과 구형 솔라 셀(11) 사이에 소정의 간격을 두고 구성하면, 광투과형의 채광 가능한 모듈이 되므로 유리창에 붙여 사용 가능한 모듈이 된다. 또, 이 솔라 모듈(20)에서는 다양한 형상으로 구성할 수 있다.
다음에, 상기한 실시예를 부분적으로 변경한 여러 변형예에 대해 설명한다.
변형예 1(도 10∼도 12 참조)
이 솔라 모듈(40)은 제1, 제2 시트부재(41, 42), 상기 시트부재(41, 42) 사이에 삽입한 5행 10열의 구형 솔라 셀(1, 11), 각 열의 5개의 구형 솔라 셀(1, 11)(각 군의 구형 솔라 셀)을 병렬 접속하는 병렬 접속 기구, 각 군의 구형 솔라 셀(1, 11)과 그것에 인접하는 군의 구형 솔라 셀(1, 11)을 직렬 접속하는 직렬 접속 기구 등으로 구성되어 있다. 제1, 제2 시트부재(41, 42)는 상기 제1, 제2 시트부재(21, 22)와 동일한 것이다. 제1 시트부재(41)의 내면에 형성되는 5조의 도전 경로(46)(도전막)는 상기 도전 경로(26)보다도 단순한 형태지만, 이들 도전 경로(46)는 도전 경로(26)와 동일한 구조이며, 각 도전 경로(46)는 병렬 접속부(46a, 46b)와 직렬 접속부(46c)를 가진다.
제2 시트부재(42)의 내면에는 4개의 도전막(47), 좌우 양단측의 2개의 도전막(48, 49), 도전막(48)과 일체인 양극 단자(43), 및 도전막(49)과 일체인 음극 단자(44)가 형성되고, 이들 도전막(47∼49)은 상기 도전 경로(27∼29)와 동일하게 동박의 표면에 은도금을 실시한 구조이다.
이 솔라 모듈(40)을 제작하는 제조 방법은 기본적으로는 상기한 솔라 모듈(20)의 제조 방법과 거의 동일하므로 간단하게 설명한다.
처음에, 제1, 제2 시트부재(41, 42)와 25개의 구형 솔라 셀(1)과 25개의 구형 솔라 셀(11)을 미리 준비한다. 다음에, 제1 시트부재(41)의 내면에 5조의 도전 경로(46)를 형성하고 제2 시트부재(42)의 내면에 도전막(47∼49)을 형성한다. 다음에, 도 11에 나타낸 바와 같이, 제2 시트부재(42)에서, 각 열의 구형 솔라 셀(1)의 음극(7)을 대응하는 도전막(47, 49)의 소정의 위치에 합성수지제 접착제로 접착 함과 동시에, 각 열의 구형 솔라 셀(11)의 양극(16)을 대응하는 도전막(47, 48)의 소정의 위치에 도전성 합성수지 접착제로 접착한다. 그리고, 이들 구형 솔라 셀(1, 11)의 주위를 둘러싸듯이 실런트(51)를 붙인다. 그리고, 제2 시트부재(42)에 접착된 각 열의 구형 솔라 셀(1)의 양극(6)과 각 열의 구형 솔라 셀(11)의 음극(17)에 도전성 합성수지 접착제를 각각 도포한다. 다음에, 제1 시트부재(41)의 내면을 제2 시트부재(42)에 대향 접근시켜, 각 조의 도전 경로(46)를 인접하는 2열의 구형 솔라 셀(1, 11)의 양극(6)과 음극(17)에 접합한다. 이 때, 각 열의 구형 솔라 셀(1)의 양극(6)을 병렬 접속부(46a)의 패드부(50)에 접착하고, 각 열의 구형 솔라 셀(11)의 음극(17)을 병렬 접속부(46b)의 패드부(50)에 접착한다. 그리고, 실런트(51)를 제1 시트부재(41)의 내면에 접착시킨 후 가열하여 실런트(51)를 경화시킨다. 그 후, 실런트(51)의 개구부(51a)로부터 내부로 상기한 절연성 투명액과 동일한 절연성 투명액을 충전하고, 가열이나 자외선 조사에 의해 경화시켜 충전재(52)로 하면, 이 솔라 모듈(40)이 완성된다. 이 솔라 모듈(40)의 등가회로는 도 9의 등가회로와 동일한 것이 되며, 각 열(각 군)의 구형 솔라 셀(1)은 도전 경로(46)의 병렬 접속부(46a)와 도전막(47, 49)에 의해 병렬 접속되고, 각 열(각 군)의 구형 솔라 셀(11)은 도전 경로(46)의 병렬 접속부(46b)와 도전막(47, 48)에 의해 병렬 접속되며, 각 군의 구형 솔라 셀(1, 11)과 그것에 인접하는 군의 구형 솔라 셀(11, 1)은 도전막(47) 또는 도전 경로(46)의 직렬 접속부(46c)로 직렬 접속되어 있다.
이 솔라 모듈(40)은 제1 시트부재(41)에만 입사하는 외래광을 수광해하여 발전하는 것이며, 도전막(47∼49)은 빛을 반사시키는 반사막으로도 기능하는 것이다. 기타 작용, 효과에 대해서는 상기한 솔라 모듈(20)과 거의 동일하다.
변형예 2(도 13∼도 18참조)
이 솔라 모듈(60)은 상기 구형 솔라 셀(1, 11)을 적용한 것이며, 솔라 모듈(20, 40)과 거의 동일한 구조이며, 거의 동일하게 제작할 수 있으므로, 이 솔라 모듈(60)의 구조와 제조 방법에 대해 간단하게 설명한다.
이 솔라 모듈(60)은 제1, 제2 시트부재(61, 62), 이들 시트부재(61, 62)의 사이에 삽입된, 예를 들면 6행 14열의 구형 솔라 셀(1, 11), 각 열의 구형 솔라 셀(1, 11)을 병렬 접속하는 병렬 접속 기구, 각 열의 구형 솔라 셀(1, 11)과 그것에 인접하는 열의 구형 솔라 셀(11, 1)을 직렬 접속하는 직렬 접속 기구 등으로 구성되어 있다. 제1, 제2 시트부재(61, 62)는 투명한 백판(白板) 강화유리의 두께 3∼4mm의 판으로 구성되고, 도 13에 나타낸 바와 같이, 제1 시트부재(61)의 표면에는 6행 7열의 매트릭스 형태로 피라미드 컷(63)이 형성되고, 각 구형 솔라 셀(1, 11)의 연직 상방에 피라미드 컷(63)의 정상부가 위치하고 있다. 또, 각 피라미드 컷(63)에서의 면과 면이 이루는 꼭지각은 45도 이하로 하는 것이 바람직하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
도 14는 제1 시트부재(61)를 상하 반대로 하여 나타낸 것으로, 이 도면에 나타내는 제1 시트부재(61)의 내면에는 7열을 이루도록 투명 도전성 금속 산화물(예를 들면, ITO, SnO2, ZnO 등)의 박막으로 이루어지는 7개의 도전막(64)이 형성되어 있다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 제2 시트부재(62)의 내면에는 상기한 도전막(64)과 마찬가지로 8개의 도전막(65), 좌단측의 도전막(65)에 접속된 양극 단자(66), 우단측의 음극 단자(67), 및 우단측의 도전막(65)과 음극 단자(67) 사이의 2조의 역류 방지용 다이오드(68)가 형성되어 있다. 이 솔라 모듈(60)을 제작할 때는 제1, 제2 시트부재(61, 62)와 42개의 구형 솔라 셀(1)과 42개의 구형 솔라 셀(11)을 미리 제작한다.
다음에, 제1, 제2 시트부재(61, 62)의 내면에 복수의 도전막(64, 65)을 각각 형성함과 동시에, 제2 시트부재(62)에는 양극 단자(66), 음극 단자(67) 및 2개의 역류 방지용 다이오드(68)를 형성한다.
다음에, 도 14에 나타낸 바와 같이, 제1 시트부재(61)의 각 도전막(64)의 우단부에 도전성 접착제로 6개의 구형 솔라 셀(1)(1군의 구형 솔라 셀)을 접착하지만, 이 경우 각 구형 솔라 셀(1)의 양극(6)을 도전막(64)에 접착한다. 마찬가지로, 도 15에 나타낸 바와 같이, 제2 시트부재(62)의 각 도전막(65)의 우단부에 도전성 접착제로 6개의 구형 솔라 셀(11)(1군의 구형 솔라 셀)을 접착하지만, 이 경우 각 구형 솔라 셀(11)의 양극(16)을 도전막(65)에 접착한다. 나아가, 제1 시트부재(61)의 외주부에 직사각형 틀 모양으로 실런트(69)를 붙이고, 제2 시트부재(62)의 외주부에 직사각형 틀 모양에 실런트(70)를 붙이며, 또 실런트(69, 70)에는 각각 개구부(69a, 70a)를 형성해 둔다.
다음에, 제1 시트부재(61)의 각 구형 솔라 셀(1)의 음극(7)에 도전성 접착제를 도포하고, 제2 시트부재(62)의 각 구형 솔라 셀(11)의 음극(17)에도 도전성 접착제를 도포한 상태에서, 제1 시트부재(61)를 내면을 아래쪽으로 반전시킨 자세로 하여 제I시트부재(61)를 제2 시트부재(62)에 대향 접근시키고, 제1 시트부재(61)의 각 열의 구형 솔라 셀(1)의 음극(7)을 제2 시트부재(62)의 대응하는 도전막(65)에 접합하고, 제2 시트부재(62)의 각 열의 구형 솔라 셀(11)의 음극(17)을 제1 시트부재(61)의 도전막(64)에 접합시키며, 상하 실런트(69, 70)를 맞대어 접합한다. 그 후, 가열 처리하여 실런트(69, 70)를 경화시킨다.
다음에, 제1, 제2 시트부재(61, 62) 사이의 공간인 실런트(69, 70)의 안쪽 공간에, 예를 들면 아크릴계의 투명하고 절연성인 합성수지 융액(融液)을 충전하여 충전재(71)로서 경화시킨다. 이 충전재(71)에 의해 솔라 모듈(60)의 강도나 내구성을 높일 수가 있다. 도 18은 이 솔라 모듈(60)의 등가회로를 나타내며, 음극 단자(67)의 근처에 2개의 역류 방지용 다이오드(68)가 도시한 바와 같이 설치되어 있다. 즉, 이 솔라 모듈(60)이 배터리에 접속되어 있는 등의 경우에, 야간, 솔라 모듈(60)이 정지 중에, 배터리로부터 양극 단자(66)에 전류가 역류하면 솔라 셀(1, 11)이 파괴될 우려가 있으므로 상기한 역류 방지용 다이오드(68)에 의해 역전류가 흐르지 않도록 구성되어 있다.
이상의 솔라 모듈(60)에서는 도 18에 나타낸 바와 같이, 각 열의 구형 솔라 셀(1, 11)은 도전막(64, 65)에 의해 병렬 접속되고, 구형 솔라 셀(1)의 열과 구형 솔라 셀(11)의 열이 교대로 배치되며, 각 열(각 군)의 구형 솔라 셀(1, 11)과 그것에 인접하는 각 열(각 군)의 구형 솔라 셀(11, 1)이 도전막(64, 65)을 통하여 직렬 접속되어 있기 때문에, 상기 솔라 모듈(20, 40)과 거의 동일한 작용, 효과를 갖는다.
도 17은 솔라 모듈(60)에 입사하는 빛의 움직임을 나타내기 위하여 일부를 확대 도시한 것이며, 제1 시트부재(61)의 표면에 복수의 피라미드 컷(63)이 형성되어 있기 때문에, 수직으로 입사하는 빛은 물론, 기타 여러 방향으로부터 입사하는 빛도 구형 솔라 셀(1, 11) 쪽으로 도입되기 쉽게 되어 있으며, 입사광의 이용 효율을 높일 수가 있다.
이 솔라 모듈(60)에서는 제1, 제2 시트부재(61, 62)가 투명한 유리제이며, 도전막(64, 65)도 투명한 도전성 합성수지로 구성되기 때문에, 제1 시트부재(61)를 통해 입사하는 빛에 의해서도, 제2 시트부재(62)를 통해 입사하는 빛에 의해서도 광기전력이 발생한다. 게다가, 구형 솔라 셀(1, 11)끼리의 사이에 소정의 간격이 마련되어 일부 빛이 투과할 수 있기 때문에 채광성이 있으므로, 이 솔라 모듈(60)을 유리창으로서 적용하거나 유리창에 붙여 적용하거나 할 수도 있다.
또, 복수의 피라미드 컷(63) 대신에, 제1 시트부재(61)의 표면에 복수의 미세한 규칙적인 요철을 형성할 수도 있고, 또 제2 시트부재(62)의 표면에도 복수의 피라미드 컷(63)을 형성하거나 복수의 미세한 규칙적인 요철을 형성할 수도 있다.
변형예 3(도 19∼도 22 참조)
이 솔라 모듈(80)은 제1, 제2 시트부재(81, 82), 이들 시트부재(81, 82)의 사이에 십입된 3군의 72개의 구형 솔라 셀(11), 각 군의 구형 솔라 셀(11)을 병렬접속하는 병렬 접속 기구, 각 군의 24개의 구형 솔라 셀(11)과 그것에 인접하는 군의 24개의 구형 솔라 셀(11)을 직렬 접속하는 직렬 접속 기구 등으로 구성되어 있다.
각 군의 24개의 구형 솔라 셀(11)은 양극(16)을 아래로 음극(17)을 위로 한 상태로 6행 4열의 매트릭스 형태로 배치되고 제1, 제2 시트부재(81, 82)의 도전막(83∼86)에 의해 병렬 접속되어 있다. 중앙 군(群)의 좌측에는 1열 6개의 구형 도전체(87)가 배치되고 우측 군의 좌측에는 1열 6개의 구형 도전체(87)가 배치되며 우측 군의 구형 솔라 셀(11)과 중앙 군의 구형 솔라 셀(11)은 6개의 구형 도전체(87)에 의해 직렬 접속되어 중앙 군의 구형 솔라 셀(11)과 좌측 군의 구형 솔라 셀(11)은 6개의 구형 도전체(87)에 의해 직렬 접속되어 있다.
제1 시트부재(81)는 피라미드 컷을 형성한 상기 제1 시트부재(61)와 동일한 유리판으로 구성되어 있다. 제2 시트부재(82)는 유리 에폭시 등 FRP제의 인쇄 기판으로 구성되어 있다.
도 19는 제1 시트부재(81)를 상하 반대로 하여 도시한 것이며, 이 제1 시트부재(81)의 내면에는 금속 산화물의 투명한 도전성 박막으로 이루어지는 3개의 도전막(83)이 형성되어 있다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 제2 시트부재(82)의 내면에는 광반사 기능이 있는 4개의 도전막(84∼86)이 형성되어 있다. 이 도전막(84∼86)은 표면에 미세한 요철을 형성한 동박의 표면에 은도금을 실시한 것이다.
제2 시트부재(82)의 좌단부에는 도전막(84)에 접속된 양극 단자(88)인 제2시트부재(82)를 관통하는 핀 형태의 양극 단자(88)가 형성되어 있다. 제2 시트부재(82)의 우단부에는 도전막(86)에 접속된 음극 단자(89)인 제2 시트부재(82)를 관통하는 핀 형태의 음극 단자(89)가 형성되어 있다. 제1 시트부재(81)의 도전막(83)과 제2 시트부재(82)의 도전막(86) 사이에는 양극 단자(88)로부터 솔라 모듈(80)로 전류가 역류하는 것을 방지하는 구형 다이오드(90)가 접속되어 있다. 상기 구형 도전체(87)는 철합금의 작은 구형부재의 표면에 은도금을 실시하고, 상하 양단에 1쌍의 전극(단, 이것은 생략 가능하다)을 형성한 것이며, 구형 도전체(87)의 높이는 구형 솔라 셀(11)의 높이와 동일하다.
도 22에 나타낸 바와 같이, 구형 다이오드(90)는 p형 실리콘으로 이루어지는 구형 결정(95), n형 확산층(96), pn접합(97), 1쌍의 전극(91, 92)(양극(91)과 음극(92)), 음극(92)쪽의 위쪽 반정도를 덮는 금속막(92a), 절연막(98)을 가지는 것이다. 그리고 구형 다이오드(90)의 양극(91)은 도전막(86)에 접속되어 있다.
이 솔라 모듈(80)을 제작하는 방법은 상기 솔라 모듈(20, 40, 60)을 제작하는 방법과 거의 같으므로 간단하게 설명한다.
먼저, 제1, 제2 시트부재(81, 82)와 72개의 구형 솔라 셀(11)과 12개의 구형 도전체(87)와 구형 다이오드(90) 등을 미리 준비한다.
다음에, 제1 시트부재(81)의 내면에 도전막(83)을 형성함과 동시에, 제2 시트부재(82)의 내면에 도전막(84∼86)을 형성하여 양극 단자(88)와 음극 단자(89)도 형성한다. 다음에, 제2 시트부재(82)의 각 도전막(84, 85)에 6행 4열의 24개의 구형 솔라 셀(11)을 배치하여 각 구형 솔라 셀(11)의 양극(16)을 도전막(84, 85)에도전성 접착제로 접착한다. 또, 도전막(86)의 중앙부에 구형 다이오드(90)를 배치하여 그 양극(91)을 도전성 접착제로 도전막(86)에 접착한다.
다음에, 전체 솔라 셀(11)의 음극(17), 전체 구형 도전체(87)의 정상부 및 구형 다이오드(90)의 음극(92)에 도전성 접착제를 도포한다. 그리고, 제2 시트부재(82)의 내면 외주부에 실런트(93)를 붙여 개구부(93a)를 형성한다.
이 상태에서, 정규(正規)의 자세로 한 제1 시트부재(81)를 제2 시트부재(82)의 위쪽으로부터 대향시켜 접근시키고, 제1 시트부재(81)의 각 도전막(83)을 대응하는 각 군의 구형 솔라 셀(11)의 음극(17)에 접착하고, 각 열의 구형 도전체(87)의 정상부를 대응하는 도전막(83)에 접착한다. 그리고, 실런트(93)를 제1 시트부재(81)에 접착시킨 상태로 실런트(93)를 가열해 경화시킨다. 그 후, 실런트(93)의 개구부(93a)로부터 아크릴수지 등의 투명 합성수지의 융액을 내부에 충전하고, 그것을 경화시켜 투명 충전재(94)로 한다. 이렇게 하여, 솔라 모듈(80)이 완성된다.
이 솔라 모듈(80)의 작용, 효과에 대해 설명한다. 단, 이 솔라 모듈(80)의 기능은 상기한 솔라 모듈(20, 40, 60)과 거의 동일하므로 이하에 간단하게 설명한다.
이 솔라 모듈(80)에서도, 각 군의 24개의 구형 솔라 셀(11)은 상하 도전막(83∼85)에 의해 병렬 접속되고, 좌측 군의 구형 솔라 셀(11)과 중앙 군의 구형 솔라 셀(11)은 6개의 구형 도전체(87)에 의해 직렬 접속되며, 중앙 군의 구형 솔라 셀(11)과 우측 군의 구형 솔라 셀(11)은 6개의 구형 도전체(87)에 의해 직렬 접속되어 있다.
제1 시트부재(81)에 입사하는 외래광이 구형 솔라 셀(11)에 도달하면, 각 군의 구형 솔라 셀(11)이 약 0.6V의 광기전력을 발생시키고, 그 광기전력(약 1.8V)에 의해 발생한 전류는 양극 단자(88)로부터 배터리나 외부 부하로 출력된다. 이 솔라 모듈(80)에서는 각 군에 복수행 복수열의 구형 솔라 셀(11)을 설치하기 때문에, 솔라 모듈(80) 전체에서는 필요에 따라 출력 전류를 크게 하고 출력전압을 낮게 억제할 수 있다. 단, 이 솔라 모듈(80)을 복수개 직렬 접속함으로써 출력전압도 높게할 수 있다. 또, 역류 방지용의 다이오드(90)를 삽입하였기 때문에 외부로부터 솔라 모듈(80)의 양극 단자(88)로 유입하는 역전류를 확실히 방지하여 역전류에 의한 솔라 셀(11)의 파괴를 확실히 방지할 수 있다.
이 솔라 모듈(80)에서는 1종류의 구형 솔라 셀(11)을 채용하고 있으므로, 구형 솔라 셀(11)의 제작과 솔라 모듈(80)의 조립면에서 유리하다. 각 군에 복수행 복수열의 구형 솔라 셀(11)을 설치하기 때문에 도전막(83∼85)의 구조가 간단해진다. 제2 시트부재(82)의 도전막(84∼86)은 광반사 기능을 가지기 때문에, 제1 시트부재(81)를 통해 입사한 빛이 반사 산란되어 구형 솔라 셀(11)에 흡수되기 쉬워진다.
또, 상기 각 열의 구형 도전체(87) 대신에 금속제의 1개의 로드(rod)를 적용할 수도 있고, 또 복수의 구형 다이오드(90)를 설치할 수도 있다.
더욱이, 상기 제1 시트부재(81) 대신에 도 23에 나타낸 제1 시트부재(81A)를 채용할 수도 있다. 이 제1 시트부재(81A)에서는 3개의 도전막(83) 대신에 도시한 바와 같이 도전막으로 3조의 프린트 배선(99)이 형성되어 있다.
다음에, 상기한 실시예나 변형예를 변경하는 여러 예에 대해 설명한다.
1) 도 24, 도 25에 나타내는 입자형의 구형 솔라 셀(100, 110)은 상기한 구형 솔라 셀(1, 11)과 동일한 크기이고, 동일한 발전 기능을 갖는 것이므로, 구형 솔라 셀(1, 11)과 함께 또는 구형 솔라 셀(1, 11) 대신에 솔라 모듈에 적용할 수 있다.
도 24의 솔라 셀(100)은 n형 실리콘 단결정의 구형 결정(101), 이 구형 결정 (101)의 일단부에 형성된 평탄면(102), p형 확산층(103), pn접합(104), 평탄면(102)에 형성된 음극(107), 구형 결정(101)의 중심을 사이에 두고 음극(107)에 대향하는 양극(106), 절연막으로 이루어지는 반사 방지막(105) 등을 가진다.
도 25에 나타내는 구형 솔라 셀(110)은 p형 실리콘 단결정의 구형 결정(111), 이 구형 결정(111)의 양단부에 형성된 크기가 다른 평탄면(112, 113), n형 확산층(114), pn접합(115), 큰 쪽의 평탄면(112)에 형성된 양극(117), 구형 결정(111)의 중심을 사이에 두고 양극(117)에 대향하고 작은 쪽의 평탄면(113)에 형성된 음극(118), 절연막으로 이루어지는 반사 방지막(116) 등을 가진다.
2) 도 26에 나타내는 입자형의 원주형 솔라 셀(120)은 상기한 구형 솔라 셀(1, 11)과 크기가 동일하고 동일한 발전 기능을 갖는 것이므로, 구형 솔라 셀(1, 11)과 함께 또는 구형 솔라 셀(1, 11) 대신에 솔라 모듈에 적용할 수 있다. 이 원주형 솔라 셀(120)은 1Ωm 정도의 저항율을 갖는 p형 실리콘으로 이루어지는 직경 1.5mm의 원주부재를 소재로 하여 제작되는 것이다. 이 원주형 솔라 셀(120)은 p형실리콘으로 이루어지는 원주형 결정(121), n형 확산층(122), pn접합(123), p+형 확산층(124), 원주형 솔라 셀(120)의 축심 방향의 양단에 설치된 1쌍의 전극(125, 126)(양극(125)과 음극(126)), 절연막으로 이루어지는 반사 방지막(127) 등을 가지는 것이다.
3) 상기한 솔라 모듈은 수광용 반도체 모듈의 예이지만, 상기한 솔라 모듈에서의 구형 솔라 셀(1, 11) 대신에 전광변환에 의해 발광하는 입자형의 발광 다이오드(LED)이며 상기 구형 솔라 셀(1, 11)과 동일한 구조의 발광 다이오드를 통합함으로써 평면적으로 발광하는 발광용 반도체 모듈을 제작할 수 있다. 발광 다이오드의 경우, p형 결정 또는 확산층과 접하는 전극이 양극이 되고, n형 확산층 또는 결정과 접하는 전극이 음극이 되며, 양극에서 음극으로 순방향으로 전류를 흘리면, pn접합 근방으로부터 결정이나 확산층의 재료에 따른 파장의 빛이 발생되어 외부로 방사한다. 또, 본원의 발명자가 국제공개공보 WO98/15983호에 제안한 구형 발광 다이오드나 그것과 유사한 구조의 구형 발광 다이오드도 채용 가능하다.
발광용 반도체 모듈에서는 투명한 제1, 제2 시트부재를 이용하여 양면으로부터 발광하는 모듈, 또는 투명한 제1 시트부재와 제1 시트부재 쪽으로 빛을 반사하는 불투명한 제2 시트부재를 이용하여 한쪽 면으로만 발광하는 모듈 등의 형태가 채용된다.
4) 상기 솔라 모듈(20)에서는 제1 시트부재(21)의 외면에만 복수의 볼록부(25)를 형성한 경우를 예로 들어 설명했지만, 제2 시트부재(22)의 외면에도제1 시트부재(21)의 외면과 마찬가지로 복수의 볼록부(25)를 형성할 수도 있다. 또, 제1 시트부재(21)의 복수의 볼록부(25) 대신에 복수의 섬세한 피라미드 컷을 형성할 수도 있다. 단, 이 솔라 모듈(20)의 복수의 볼록부(25)나 상기 솔라 모듈(40, 60)의 제1 시트부재의 표면의 피라미드 컷이나 미세한 요철 구조는 필수는 아니며, 제1 시트부재의 표면을 요철이 없는 평면에 형성할 수도 있다.
5) 상기 구형 솔라 셀(1, 11)은 실리콘의 반도체로 제작한 수광용 반도체 셀을 예로 들어 설명했지만, SiGe, GaAs 및 그 화합물, InP 및 그 화합물, CuInSe2및 그 화합물, CdTe 및 그 화합물, 등의 반도체로 광전 변환 기능이 있는 수광용 반도체 셀을 구성할 수도 있다.
또는 발광용 반도체 셀을 통합하여 발광용 반도체 모듈을 구성하는 경우에는 GaAs 및 그 화합물, InP 및 그 화합물, GaP 및 그 화합물, GaN 및 그 화합물, SiC 및 그 화합물 등의 반도체로 전광 변환 기능이 있는 발광용 반도체 셀을 구성할 수도 있다.
6) 상기 솔라 모듈(20, 40)에서의 인쇄 기판 대신에 세라믹 배선 기판이나, 금속 배선 유리 기판을 채용할 수도 있다. 투명 유리판으로 이루어지는 시트부재 대신에 투명 합성 수지판으로 이루어지는 시트부재를 채용할 수도 있다.
7) 상기 도전성 접착제 대신에 땜납이나 인듐 합금을 채용할 수도 있다. 상기 충전재(34, 52, 71, 94)는 필수는 아니며 생략 할 수도 있다.
상기 역류 방지용 다이오드(68)나 구형 다이오드(90)는 필수는 아니고, 생략할 수도 있다.

Claims (22)

  1. 발광 또는 수광용 반도체 모듈로서,
    광투과성 절연 재료제의 제1 시트부재와 상기 제1 시트부재에 평행하게 대향시킨 절연 재료제의 제2 시트부재를 포함하는 1쌍의 시트부재, 및 상기 제1 및 제2 시트부재 사이에 복수행 복수열로 배설된 복수의 입자형 반도체 셀을 구비하고,
    각 반도체 셀은 p형 또는 n형의 반도체 입자, 상기 반도체 입자의 표층부에 형성된 pn접합, 및 상기 반도체 입자의 양단에 서로 대향하는 형태로 형성되고 pn접합의 양단에 접속된 1쌍의 전극을 구비하고, 발광 또는 수광 기능을 가지며,
    각 반도체 셀은 1쌍의 전극을 연결하는 도전 방향이 1쌍의 시트부재와 직교 하는 상태로 배설되고,
    상기 복수의 입자형 반도체 셀은 도전 방향을 맞추어 배설된 그룹을 이루는 복수의 반도체 셀을 단위로 하는 복수 군(群)으로 그룹화되며,
    상기 1쌍의 시트부재의 서로 대향하는 내면에, 각 군의 복수의 반도체 셀을 병렬 접속하는 병렬 접속 기구와 각 군의 반도체 셀과 그것에 인접하는 군의 반도체 셀을 직렬 접속하는 직렬 접속 기구가 설치된
    발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 각 반도체 셀은 광전 변환(光電 變換)을 수반하는 수광 기능을 가지는발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 각 반도체 셀은 전광변환(電光 變換)을 수반하는 발광 기능을 가지는 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 입자형 반도체 셀이 구형 반도체 셀인 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 입자형 반도체 셀이 원주형 반도체 셀인 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 제2 시트부재는 광투과성의 시트부재로 이루어지는 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 시트부재는 유리제(製)의 시트부재로 이루어지며, 상기 유리제의 시트부재는 그 외표면에 미세한 복수의 피라미드 컷 또는 요철이 형성된 발광 또는수광용 반도체 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 1쌍의 시트부재는 합성 수지제의 유연성 시트부재로 이루어지는 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 1쌍의 시트부재 사이의 복수의 반도체 셀 사이의 공간에 절연성 투명 합성수지가 충전된 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 병렬 접속 기구는 제1, 제2 시트부재의 내면에 각각 형성된 제1 도전막을 가지며, 상기 직렬 접속 기구는 제1, 제2 시트부재의 내면에 각각 형성된 제2 도전막을 가지는 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 시트부재 내면의 제1, 제2 도전막은 투명한 금속 산화물제 도전막으로 이루어지는 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  12. 제11항에서,
    상기 제2 시트부재 내면의 제1, 제2 도전막은 투명한 금속 산화물제 도전막으로 이루어지는 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  13. 제11항에서,
    상기 제2 시트부재 내면의 제1, 제2 도전막은 광반사막으로 기능하는 금속제 도전막으로 이루어지는 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  14. 제10항에서,
    상기 제1 시트부재 내면의 제1, 제2 도전막은 인쇄 배선으로 이루어지는 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  15. 제14항에서,
    상기 제2 시트부재 내면의 제1, 제2 도전막은 인쇄 배선으로 이루어지는 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  16. 제14항에서,
    상기 제2 시트부재 내면의 제1, 제2 도전막은 광반사막으로 기능하는 금속제 도전막으로 이루어지는 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  17. 제2항에서,
    상기 제2 시트부재는 광투과성의 시트부재로 구성되고, 상기 1쌍의 시트부재의 표면측과 이면측으로부터 입사하는 외래광을 수광 가능하게 구성된 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  18. 제17항에서,
    상기 반도체 셀들 사이에 소정의 간격이 마련되고, 상기 1쌍의 시트부재의 표면측으로부터 이면측 또는 이면측으로부터 표면측을 부분적으로 투시 가능하게 구성된 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  19. 제3항에서,
    상기 제2 시트부재는 광투과성의 시트부재로 구성되고, 상기 1쌍의 시트부재의 표면측과 이면측으로 빛을 방사 가능하게 구성된 발광 또는 수광용 반도체 모듈.
  20. 광투과성 절연 재료제의 제1 시트부재, 상기 제1 시트부재에 평행하게 대향 가능한 절연 재료제의 제2 시트부재, 및 발광 또는 수광 기능을 가지며 1쌍의 전극을 구비한 복수의 반도체 셀을 미리 준비하는 제1 공정,
    상기 제1, 제2 시트부재의 내면에 복수의 도전막을 각각 형성하는 제2 공정,
    상기 제1 시트부재의 각 도전막의 일부분에 복수의 반도체 셀의 한쪽 전극을 접착하고, 상기 제2 시트부재의 각 도전막의 일부분에 복수의 반도체 셀의 상기 한쪽 전극과 동일한 한쪽 전극을 접착하는 제3 공정, 및
    상기 제1, 제2 시트부재를 접근 대향시키고, 상기 제1 시트부재의 각 도전막에 고착된 복수의 반도체 셀의 다른쪽 전극을 제2 시트부재의 대응하는 도전막에 접착하고, 상기 제2 시트부재의 각 도전막에 고착된 복수의 반도체 셀의 다른쪽 전극을 제1 시트부재의 대응하는 도전막에 접착하는 제4 공정
    을 포함하는 발광 또는 수광용 반도체 모듈의 제조 방법.
  21. 광투과성 절연 재료제의 제1 시트부재, 상기 제1 시트부재에 평행하게 대향 가능한 절연 재료제의 제2 시트부재, 및 발광 또는 수광 기능을 가지며 1쌍의 전극을 구비한 복수의 반도체 셀을 미리 준비하는 제1 공정,
    상기 제1, 제2 시트부재의 내면에 복수의 도전막을 각각 형성하는 제2 공정,
    상기 제2 시트부재의 각 도전막에 복수의 반도체 셀의 한쪽 전극을 접착하는 제3 공정, 및
    상기 제1, 제2 시트부재를 접근 대향시키고, 상기 제2 시트부재측에 접착된 복수의 반도체 셀의 다른쪽 전극을 상기 제1 시트부재의 대응하는 도전막에 접착하는 제4 공정
    을 포함하는 발광 또는 수광용 반도체 모듈의 제조 방법.
  22. 제22항에서,
    상기 제4 공정은 상기 제4 공정에서 병렬 접속되는 복수의 반도체 셀의 군(群)을 인접하는 군에 직렬 접속하는 발광 또는 수광용 반도체 모듈의 제조 방법.
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