KR20080091084A - 수광 또는 발광용 반도체 모듈 - Google Patents

수광 또는 발광용 반도체 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수광용 또는 발광용의 복수의 구형의 반도체 소자를 내장한 반도체 모듈에서의 복수의 반도체 소자를 간단하게 회수 및 재이용하거나 수리하는 것을 가능하게 한다. 반도체 모듈(60)에서는, 수용 케이스(62) 내에 2개의 분할 모듈(61)이 직렬형으로 배치되고, 각 분할 모듈(61)은, 복수 행·복수 열의 매트릭스형으로 배열된 태양 전지 셀(10)과. 이들 태양 전지 셀(10)의 각 열의 셀을 직렬로 접속하고, 또한 각 행의 셀을 병렬로 접속하는 도전 접속 기구를 합성 수지로 몰드 하고, 접속 도체(67)을 단부에 돌출시킨 것이다. 수용 케이스(62)의 단부 측에 도전성의 파형 스프링(70)과 외부 단자(76)를 설치하고, 도전성 파형 스프링(70)의 기계적 가압력으로 2개의 분할 모듈(61)의 직렬 접속을 확보하고 있다

Description

수광 또는 발광용 반도체 모듈{SEMICONDUCTOR MODULE FOR LIGHT RECEPTION OR LIGHT EMISSION}
본 발명은, 수광 또는 발광 기능을 구비한 복수의 구형의 반도체 소자를 전기적으로 직렬 및 병렬로 접속하여 고출력화를 도모한 수광 또는 발광용 반도체 모듈에 관한 것이다.
본원 발명은, WO 98/15983호 공보에 나타낸 바와 같이, 수광 또는 발광 기능이 있는 구형 반도체 소자이며, 중심을 협지하여 대향하는 플러스 전극 및 마이너스 전극을 구비하는 반도체 소자를 제안하고, 복수의 반도체 소자를 직렬로 접속한 것을 복수개 설치하고, 이들 복수의 반도체 소자를 합성 수지 재료 내에 매몰시킨 구조의 태양 전지 모듈을 제안하였다. 이 태양 전지 모듈에서는, 반도체 소자가 구형이며, 표층부에 구면형의 pn 접합이 형성되고, 플러스 전극 및 마이너스 전극이 pn 접합을 형성하는 p형 영역 및 n형 영역의 각 표면의 중심부에 설치되어 있다.
본원 발명자는, WO 02/35612호 공보, WO 02/35613호 공보 및 WO 03/017382호 공보에 나타낸 바와 같이, 전술한 구형 반도체 소자를 복수 행·복수 열로 배치하여 각 행의 반도체 소자를 도전 부재와 납땜 또는 도전성 접착제에 의해 병렬로 접 속하고, 각 열의 반도체 소자를 리드 부재와 납땜에 의해 직렬로 접속하고, 이들을 합성 수지 재료 내에 매립한 구조의 태양 전지 모듈을 제안했다.
본원 발명자는, 또한 WO 03/036731호 공보에 나타낸 바와 같은, 수광 또는 발광 기능이 있는 반도체 모듈이며, 복수의 반도체 소자를 합성 수지 재료 내에 매립한 구조의 반도체 모듈을 제안했다.
최근, 대기오염, 지구 온난화 등의 환경 문제나 화석 연료의 고갈 문제에 대해서 재생 가능한 청정 에너지원으로서 태양 전지의 이용이 증대되고 있다. 에너지 절약 및 자원 절약의 관점으로부터 조명 광원으로서의 발광 다이오드의 이용도 계속 증가하고 있다. 재료 자원이나 제조에 소비하는 에너지를 적게 할 필요성도 높아지고 있다.
[특허 문헌 1] WO 98/15983호 공보
[특허 문헌 2] WO 02/35612호 공보
[특허 문헌 3] WO 02/35613호 공보
[특허 문헌 4] WO 03/017382호 공보
[특허 문헌 5] WO 03/036731호 공보
[발명이 해결하려고 하는과제]
종래의 태양 전지 모듈이나 발광 다이오드 디스플레이에서는, 다수의 입자 상태의 반도체 소자를 납땜이나 도전성 접착제 등으로 도전 부재에 접속하고, 또한 전체를 투명한 합성 수지제의 커버 케이스(외측으로 둘러싸는 기기) 내에 매립한 구조의 모듈이 채용되고 있었다. 그러므로, 태양 전지 모듈을 폐기 처분할 때에, 다수의 반도체 소자를 커버 케이스로부터 분리하여 회수할 수 없었다. 그러므로, 폐기하는 태양 전지 모듈이나 발광 다이오드 디스플레이로부터 반도체 소자를 회수하여 재이용하기 곤란하고 자원이나 자연 환경 측면을 배려한 해결이 요구되고 있다.
가까운 장래, 전술한 바와 같은 반도체 소자가 대량으로 실용적으로 제공되면, 열화나 수명 도래로 인하여 대체 또는 폐기 처분하는 양도 필연적으로 증가하므로, 자원이나 자연 환경에 대한 부하가 커지게 될 가능성이 있다. 특히 이들에 사용되고 있은 납 함유 납땜 재료의 사용은, 규제를 받도록 되었다.
본 발명의 목적은, 복수의 입자 상태의 수광 또는 발광용의 반도체 소자를 내장한 태양 전지 모듈이나 발광 다이오드 디스플레이로서 적용 가능한 수광 또는 발광용 반도체 모듈로서, 복수의 반도체 소자를 재이용, 재생 및 수리가 용이한 수광 또는 발광용 반도체 모듈을 제공하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명의 수광 또는 발광용 반도체 모듈은, 수광 또는 발광 기능이 있는 복수의 구형의 반도체 소자를 구비한 반도체 모듈에서, 복수의 반도체 소자 각각에 그 중심을 협지하여 대향형으로 설치한 플러스극 및 마이너스극과, 상기 복수의 반도체 소자를 그 도전 방향을 일치시켜서 그 도전 방향을 열 방향으로 하는 복수 열이면서 복수 행으로 평면적으로 배열된 상태로 유지하면서 복수의 반도체 소자를 개별적으로 또는 복수 군의 군별로 분리 가능하게 유지하는 유지 수단과, 상기 복수 열의 반도체 소자에서의 각 열 또는 인접하는 각 2개 열의 반도체 소자를 직렬로 접속하면서 복수 행의 반도체 소자에서의 각 행의 반도체 소자를 병렬로 접속하는 도전 접속 기구와, 상기 도전 접속 기구에 의한 복수 열의 반도체 소자의 직렬 접속을 유지하기 위하여, 열 방향과 평행한 방향으로 기계적 가압력을 부가하는 도전성 탄성 부재를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 수광 또는 발광용 반도체 모듈에서는, 도전 접속 기구에 의해, 각 열의 반도체 소자 또는 인접하는 각 2개 열의 반도체 소자를 직렬로 접속하면서 각 행의 반도체 소자를 병렬로 접속하고 있으므로, 일부 반도체 소자 또는 반도체 소자와의 접속 개소가 고장난 경우 등, 그 고장난 반도체 소자나 단선 개소를 우회하는 우회 회로를 거쳐서 전류가 흐르므로, 정상적인 모든 반도체 소자가 유효하게 작동한다.
이 반도체 모듈이 태양 전지 모듈인 경우, 일부 반도체 소자가 그늘 등에 의해 기능이 정지할 경우에도, 전술한 바와 마찬가지로 우회 회로를 거쳐 전류가 흐른다.
이 반도체 모듈이 발광 다이오드 디스플레이인 경우에도, 전술한 바와 마찬가지로 우회 회로를 거쳐 전류가 흐르므로, 정상적인 모든 반도체 소자가 유효하게 작동한다.
도전 접속 기구는, 복수 열의 반도체 소자의 직렬 접속을 유지하기 위하여, 열 방향과 평행한 방향으로 기계적 가압력을 부가하는 도전성 탄성 부재를 구비하므로, 반도체 소자와 도전 부재의 접속이나, 도전 부재끼리의 접속을 위한 납땜이나 도전성 접착제에 의한 접합을 생략할 수 있다.
반도체 모듈을 폐기하거나 수리할 때는, 유지 수단을 분해함으로써, 복수의 반도체 소자를 개별적으로 또는 복수 군의 군별로 분리할 수 있으므로, 복수의 반도체 소자를 개별적으로 또는 군별로 인출할 수 있다. 이 외에, 본 발명의 바람직한 구성은, 후술하는 본 발명의 실시예로부터 용이하게 이해할 수 있게 된다.
[발명의 효과]
본 발명의 수광 또는 발광용 반도체 모듈에 의하면, 복수의 반도체 소자를 개별적으로 또는 복수 군의 군별로 분리 가능하게 유지하는 유지 수단과, 도전 접속 기구에 의한 복수 열의 반도체 소자의 직렬 접속을 유지하기 위해 열 방향과 평행한 방향으로 기계적 가압력을 부가하는 도전성 탄성 부재를 설치하였으므로, 반도체 모듈을 폐기하거나, 수리할 때, 복수의 반도체 소자를 개별적으로 또는 군별로 분리할 수 있으므로, 반도체 소자의 재이용, 재생 및 수리를 행할 수 있게 되고, 종래와 같은 납땜이나 도전성 접착제에 의한 접속을 행하지 않아도 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 응고 상태의 실리콘 결정의 단면도이다.
도 2는 돌기를 절단한 실리콘 결정의 단면도이다.
도 3은 실리콘 산화막이 형성된 실리콘 결정의 단면도이다.
도 4는 실리콘 산화막을 부분적으로 제거한 실리콘 결정의 단면도이다.
도 5는 n형 확산층과 pn접합을 형성한 실리콘 결정의 단면도이다.
도 6은 실리콘 산화 피막을 형성한 실리콘 결정의 단면도이다.
도 7은 태양 전지 셀의 단면도이다.
도 8은 실시예 1의 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 9는 도 8의 태양 전지 모듈의 평면도이다.
도 10은 도 8의 태양 전지 모듈의 횡단 평면도이다.
도 11은 도 8의 태양 전지 모듈의 종단면도이다.
도 12는 실시예 2의 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 13은 도 12의 태양 전지 모듈의 주요부 확대 횡단면도이다.
도 14는 도 12의 태양 전지 모듈의 주요부 확대 종단면도이다.
도 15는 도 13의 XV-XV선을 따라 절단한 단면도이다.
도 16은 도 13의 XVI-XVI선을 따라 절단한 단면도이다.
도 17은 태양 전지 모듈의 등가 회로도이다.
도 18은 실시예 3의 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 19는 도 18의 태양 전지 모듈의 횡단면도이다.
도 20은 도 19의 XX-XX선을 따라 절단한 단면도이다.
도 21은 도 19의 XXI-XXI선을 따라 절단한 단면도이다.
도 22는 도 18의 태양 전지 모듈의 분할 모듈의 평면도이다.
도 23은 도 22의 XXIII-XXIII선을 따라 절단한 단면도이다.
도 24는 분할 모듈의 도 22의 XXIV에서 본 측면도이다.
도 25는 도 22의 XXV-XXV선을 따라 절단한 단면도이다.
도 26은 분할 모듈의 도 22의 XXVI에서 본 측면도이다.
도 27은 태양 전지 모듈의 등가 회로도이다.
[부호의 설명]
5: 플러스극 6: 마이너스극
10: 태양 전지 셀 11: 유지 기구
12: 도전 접속 기구 13: 파형 유지 스프링
14: 수용 케이스 15: 수용부
16: 외주 프레임 17: 케이스판
18: 제1 외주틀 19: 제2 외주틀
23: 탄성막 30, 40: 태양 전지 모듈
41: 유지 기구 42: 도전 접속 기구
42a: 도전성 선재 43: 도전성 탄성 부재
43a: 파형 스프링 44: 수용부
45: 수용 케이스 46: 외주틀
47: 케이스판 47a: 실리콘 고무 피막(탄성막)
48: 제1 외주틀 49: 제2 외주틀
51: 단자판 60: 태양 전지 모듈
61: 분할 모듈 62: 수용 케이스
63: 케이스 부재 65: 수용부
66: 도전성 선재 70: 파형 스프링
76: 외부 단자
본 발명은, 수광 또는 발광 기능이 있는 복수의 구형의 반도체 소자를 구비한 수광 또는 발광용 반도체 모듈에 관한 것으로서, 이 반도체 모듈을 폐기하거나 수리할 때, 복수의 반도체 소자를 개별적으로 또는 복수 군의 군별로 분리 가능하도록 구성한 것이다.
[실시예 1]
먼저, 실시예 1의 태양 전지 모듈(수광용 반도체 모듈)에 대하여 설명한다. 도 1 내지 도 7에 기초하여, 구형의 실리콘 태양 전지 셀(반도체 소자)의 구조와 그 제조 방법에 대하여 설명한다. 이 구형의 실리콘 태양 전지의 구조와 그 제조 방법은, 본원의 발명자가 WO 03/017382호 공보에 개시하고 있으므로 간단하게 설명한다.
도 1은, 직경이 1.0∼2.0mm의 p형의 구형 실리콘 결정(1)(단결정 또는 다결정)의 단면도이다. 입자 상태 실리콘 결정(1)을 제작할 때는, 실리콘 원료를 낙하관의 상단 측에 설치한 도가니 내에서 용융시키고, 이 도가니의 노즐의 선단으로부터 실리콘의 액적(液滴)을 토출하고, 그 액적을 낙하관 내에서 약 14m 자유낙하시키며, 낙하 도중에 표면 장력으로 구형화된 액적을 냉각하여 구형 결정으로 응고시키고, 낙하관의 하단 측에서 회수한다. 이 실시예의 실리콘 결정(1)은 단결정 실리콘이지만, 그 응고 과정에서 마지막에 응고된 부분이 도 1에 나타낸 바와 같은 돌기가 되는 경우가 있다. 이 돌기를 제거하고 구형으로 연마한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 구형의 실리콘 결정(1)의 표면 부분을 평탄하게 연마 가공하여 기준면(1b)을 형성하고, 실리콘 결정(1a)으로 한다. 이 실리콘 결 정(1a)의 직경은 약 1.8mm이다. 다음에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 실리콘 결정(1a)의 표면 전체에 공지된 열산화의 방법에 의해 실리콘 산화막(2)을 형성한다. 다음에, 도 4에 나타낸 바와 같이, 기준면(1b)과 그 주변에 실리콘 산화막(2a)을 남기고, 그 이외의 표면의 실리콘 산화막(2)을 제거한다. 이 실리콘 산화막(2a)은, 다음의 공정에서 행하는 불순물 확산의 마스크로서 이용한다. 그리고, 마스킹에 의해 이와 같이 부분적으로 실리콘 산화막을 남기는 방식은 이미 공지된 기술이다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 실리콘 산화막(2a)을 확산 마스크로 하여, 공지된 열확산법에 의해, 노출된 p형 표면(1c)으로부터 그 표층부에 n형 불순물을 열확산하여 n형층(3)을 설치하고, 대략 구면형의 pn접합(3a)을 형성한다. 이와 같이 하여, 기준면(1b)과 그 주변을 제외하고 대략 구면형의 pn접합(3a)이 형성된다. n형 불순물을 열확산 하는 동안에 부수적으로 생성된 실리콘 산화막은, 공지된 화학적 에칭 기법에 의해 일단 제거하고, 재차, 산소를 포함하는 분위기 중에서 가열하고, 도 6에 나타낸 바와 같이, 실리콘 결정(1a)의 전체면에 소정의 두께의 실리콘 산화막(4)을 형성하고, 이것을 반사 방지막으로 한다.
다음에, 평탄한 기준면(1b)(p형)과, 실리콘 결정(1a)의 중심을 협지하여 기준면(1b)에 대향하는 실리콘 결정의 선단(n형)의 위치에 은을 주성분으로 하는 페이스트를 도트형으로 프린트한다. 이것을 고온으로 단시간 처리하여 실리콘 산화막(4)을 관통시키고, 도 7에 나타낸 바와 같이 p형 실리콘의 기준면(1b), n형층(3)의 표면에 오믹 컨택트시켜서 각각 플러스 전극(5) 및 마이너스 전극(6)을 형성한 다.
전술한 바와 같이 하여 제작한 입자 상태이면서 구형의 태양 전지 셀(10)은, 실리콘 결정(1a)의 표면으로부터 일정한 깊이의 부위에 구면형의 pn접합(3a)이 형성되어 있으므로, 모든 방향으로부터의 입사광에 대해서 거의 같은 수광 감도로 광전(光電) 변환한다. 그리고, 이와 같은 구면형의 pn접합을 설치한 구형의 발광 다이오드에서는, 플러스극(5)으로부터 입력되는 전기 에너지에 의해, 마찬가지로 구면의 모든 방향으로 일정한 광을 방사한다.
다음에, 전술한 구형의 태양 전지 셀(10)을 다수 준비하고, 이들 태양 전지 셀(10)을 직렬 및 병렬로 접속한 구조의 태양 전지 모듈(30)에 대하여, 도 8∼도 11에 기초하여 설명한다. 이 태양 전지 모듈(30)은 복층 유리형의 태양 전지 모듈이다. 이 태양 전지 모듈(30)은, 예를 들면, 수광 표면은 한 변이 50mm∼ 75mm정도의 직사각형이다. 그리고, 전술한 수광 표면의 사이즈는 일례에 지나지 않고, 보다 대형의 태양 전지 모듈로 구성하는 경우도 있다.
이 태양 전지 모듈(30)은, 복수의 태양 전지 셀(10)을 그 도전 방향을 일치시켜서 그 도전 방향을 열 방향으로 하는 복수 열이면서 복수 행으로 평면적으로 배열된 상태로 유지하면서 복수의 태양 전지 셀(10)을 개별적으로 분리 가능하게 유지하는 유지 기구(11)(유지 수단)와, 복수 열의 태양 전지 셀(10)에서의 인접하는 각 2개 열의 태양 전지 셀(10)을 직렬로 접속하면서 복수 행의 태양 전지 셀(10)에서의 각 행의 태양 전지 셀(10)을 병렬로 접속하는 도전 접속 기구(12)와, 이 도전 접속 기구(12)에 의한 복수의 태양 전지 셀(10)의 직렬 접속을 유지하기 위하여, 열 방향과 평행한 방향으로 기계적 가압력을 부가하는 도전성 탄성 부재로서의 복수의 도전성의 파형 유지 스프링(13)을 구비한다.
유지 기구(11)는, 평판형의 수용 케이스(14)와, 복수의 도전성의 파형 유지 스프링(13)으로 구성되며, 도전 접속 기구(12)는 복수의 파형 유지 스프링(13)으로 구성되어 있다. 수용 케이스(14)의 내부에는, 복수의 태양 전지 셀(10)을 수용하는 편평한 직사각형의 수용부(15)가 형성되고, 이 수용 케이스(14)는 수용부(15)의 외주를 에워싸는 직사각형틀형의 외주 프레임(16)과, 수용부(15)와 외주 프레임(16)의 상하 양면을 막는 투명한 유리제의 케이스판(17)을 구비한다.
외주 프레임(16)은, 집합 전극으로서의 평행한 한 쌍의 제1 외주틀(18)과, 평행한 한 쌍의 제2 외주틀(19)로 이루어지고, 제2 외주틀(19)은 한 쌍의 제1 외주틀(18)의 양쪽의 단부 사이에 배치되어 있다. 제1 외주틀(18)은 두께가 약 2mm이며 유리포 베이스재 에폭시 수지제의 절연 부재의 표면에 동박(두께 약 0.1mm)층을 형성하고, 그 표면에 은도금을 행한 것이다. 제2 외주틀(19)은 전술한 바와 마찬가지의 절연 부재로 이루어진다. 제2 외주틀(19)의 수용부(15) 측 부분에는, 파형 스프링(13)의 단부를 연결 유지하기 위한 복수의 작은 구멍이 형성된 슬롯(20)이 형성되어 있다. 제1 외주틀(18)에는 복수의 볼트구멍(21)이 형성되고, 이들 볼트구멍(21)의 내면에는 상기 동박과 은도금이 형성되어 있다. 제2 외주틀(19)에도 하나 또는 복수의 볼트구멍(22)이 형성되어 있다.
수용부(15) 내에는, 복수의 파형 유지 스프링(13)이 대략 평행이면서 인접하는 파형 유지 스프링(13)의 곡부(谷部)와 산부(山部)가 접근 대향하도록 배치되고, 파형 유지 스프링(13)의 단부와 그 선단의 소용돌이부(13a)를 제2 외주틀(19)의 슬롯(20)에 끼워넣음으로써, 파형 유지 스프링(13)이 제2 외주틀(19)에 연결되어 있다. 파형 유지 스프링(13)은, 두께 약 0.4mm, 폭이 약 1.9mm의 인(燐)청동제의 띠판을 일정 주기를 가지는 파형으로 형성하고, 그 표면에 은도금을 행한 것이다.
수용부(15) 내에는, 복수의 태양 전지 셀(10)의 도전 방향을 열 방향으로 일치시킨 상태로 하여, 복수의 태양 전지 셀(10)(태양 전지 셀 군)이 복수 열·복수 행으로 배치되고, 인접하는 각 2개 열의 복수의 태양 전지 셀(10)은 지그재그 형상으로 배치되어 있다. 태양 전지 셀(10)은 인접하는 파형 유지 스프링(13)의 곡부와 산부가 접근 대향하는 부위에 협착되어 유지되고 있다. 각 행의 태양 전지 셀(10)의 플러스극(5)은, 공통의 파형 유지 스프링(13)에 맞닿아 전기적으로 병렬로 접속되고, 각 행의 태양 전지 셀(10)의 마이너스극(6)은, 공통의 파형 유지 스프링(13)에 맞닿아 전기적으로 병렬로 접속되어 있다. 열 방향 단부에 배치된 한 쌍의 파형 유지 스프링(13)은, 제1 외주틀(18)의 내면에 맞닿아 위치 규제되고, 제1 외주틀(18)에 전기적으로 접속되어 있다.
다수의 구형의 태양 전지 셀(10)은, 수용부(15) 내에서 도전성의 복수의 파형 유지 스프링(13)에 의한 기계적 가압력에 의해 지지되면서 전기적으로 접속되어 있다. 복수 열의 태양 전지 셀(10)에서의, 인접하는 각 2개 열의 태양 전지 셀(10)은 복수의 파형 유지 스프링(13)에 의해 직렬로 접속되고, 또한 각 행의 태양 전지 셀(10)은 그 양쪽의 한 쌍의 파형 유지 스프링(13)에 의해 병렬로 접속되어 있다. 도전 접속 기구(12)는 복수의 파형 유지 스프링(13)에 의해 구성되며, 복수의 파형 유지 스프링(13)에 의한 열 방향으로의 기계적 가압력에 의해, 복수 열의 태양 전지 셀(10)의 직렬 접속이 유지되어 있다.
다음에, 외주 프레임(16) 및 수용부(15)의 양측에 투명한 케이스판(17)을 장착하여 밀봉한다. 케이스판(17)은, 예를 들면 두께 약 3mm이며, 케이스판(17)의 한쪽 면(내면)에는 두께 약 0.2mm의 투명한 실리콘 고무 박막으로 이루어지는 탄성막(23)이 설치되고, 이 탄성막(23)이 태양 전지 셀 집합체 및 외주 프레임(16)과 접하도록 한 쌍의 케이스판(17)이 양쪽으로부터 샌드위치형으로 배치되어 있다.
다음에, 케이스판(17)의 볼트구멍(24, 25)과 외주 프레임(16)의 볼트구멍(21, 22)의 위치를 맞추고, 예를 들면 불소 수지 등의 합성 수지제의 와셔(26a)와 강제(鋼製)의 접시 스프링(26b)을 사용하여, 강제의 볼트(26)와 너트(26c)로 체결하여 밀봉한다. 그리고, 필요에 따라 볼트(26)에는 리드 단자(27)도 장착되고, 리드 단자(27)는 볼트(26)를 개재하여 볼트구멍(21)의 내면의 동박과 은도금층에 전기적으로 접속된다.
이 때, 제1 외주틀(18)에 인접하는 양단의 파형 유지 스프링(13)은, 파형 유지 스프링(13)의 가압력에 의해 제1 외주틀(18)의 내측면과 기계적으로 접촉하고, 전기적 접속이 유지된다. 다만, 이와 같이 볼트(26)와 너트(26c)로 체결하여 일체화하는 구조로 한정되는 것은 아니고, 케이스판(17), 외주 프레임(16), 태양 전지 셀(10), 및 복수의 파형 유지 스프링(13) 등을 개별적으로 분리 가능하게 연결하는 구조이면 된다.
여기서, 볼트(26)로 체결하여 밀봉하기 전에, 필요에 따라, 수용부(15)로부 터 진공 배기 용기 내의 공기를 배기시키고, 수용부(15)를 감압 상태로 유지한 상태로 볼트(26)와 너트(26c)로 체결을 행하거나, 또는 수용부(15)에 질소 가스 등의 불활성 가스를 밀봉한 후에 체결을 행하여, 단열 성능이 높은 복층 유리형의 태양 전지 모듈(30)로 한다. 그러므로, 제1 외주틀과 제2 외주틀(18, 19) 사이도 실리콘 고무 박막으로 밀봉하고, 수용부(15)를 밀봉 구조로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 2개의 케이스판(17) 사이에 복수의 태양 전지 셀(10)을, 외주 프레임(16)과 복수의 파형 유지 스프링(13)으로 유지하고, 적절한 채광 스페이스와 공간을 설치하였으므로, 이 복층 유리형 태양 전지 모듈(30)은, 발전 기능을 갖추면서 높은 단열성과 차음성이 있는 채광창으로서 적용 가능하다.
또한, 파형 유지 스프링(13)이나 태양 전지 셀(10)은, 2개의 케이스판(17) 사이의 간격을 일정하게 유지하는 스페이서로서도 기능하고, 기계적 강도를 높이는 기능도 있다. 그리고, 창으로서의 단열 성능을 높이기 위하여, 공지된 바와 같이, 케이스판(17)의 표면에 은, 산화 주석 등의 적외선 반사 피막을 붙인 low-E 복층 유리의 구조로 해도 된다.
이 복층 유리형 태양 전지 모듈(30)은, 단독으로 사용될 수도 있지만, 동일한 구조의 다른 태양 전지 모듈(30)과 조합시켜 크기를 확장하고 전기적 접속을 행하여 출력을 크게 할 수도 있다. 그 경우, 예를 들면 제1 외주틀(18)에 삽입통과시키는 볼트(26)에 접속용의 리드 단자(27)를 장착하여 다른 태양 전지 모듈(30)에 모듈 결선하면 된다.
이 복층 유리형 태양 전지 모듈(30)에서는, 투명한 케이스판(17)을 투과한 입사광을 구형의 태양 전지 셀(10)에서 흡수하고, 광 에너지의 강도에 따른 전력을 발생시킬 수 있다. 이 때, 직사 광뿐만 아니라, 수용부(15)의 내부에서 파형 유지 스프링(13)이나 케이스판(17), 태양 전지 셀(10) 사이에서 다중 반사한 광이 최종적으로 태양 전지 셀(10)에서 흡수되어 전력으로 변환된다. 창으로서의 채광율의 변경이나 외관상의 디자인 등은, 복수의 태양 전지 모듈(30)을 배치할 때의 배치 패턴이나 파형 유지 스프링(13)의 형상에 따라 변경 가능하다.
이 복층 유리형 태양 전지 모듈(30)에서는, 한 쌍의 파형 유지 스프링(13)에 의해 병렬로 접속된 복수의 태양 전지 셀(10)이 직렬로 접속되어, 메시(mesh) 구조의 전기 회로를 형성하고 있다. 그러므로, 일부 태양 전지 셀(10)이 고장에 의해 오픈되어 있는 경우, 또는 일부 태양 전지 셀(10)의 전기적 접속이 불량하게 된 경우, 또는 일부 태양 전지 셀(10)이 그늘에 의해 기능 정지한 경우 등에도, 이들 기능 정지한 태양 전지 셀(10)을 우회하는 우회 회로를 통하여 전류가 흐르므로, 그 외의 정상적인 태양 전지 셀(10)의 발전 기능이 정지되거나 저하되지 않게 된다.
이상 설명한 태양 전지 모듈(30)의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
(1) 구형의 태양 전지 셀(20)이 기계적 압력에 강하기 때문에, 파형 유지 스프링(13) 등에 의한 가압력에 의해 도체와 전기적으로 양호하게 접속될 수 있다. 그러므로, 종래와 같이 납땜이나 도전성 접착제 등에 의한 접속을 회피할 수 있고, 볼트(26)와 너트(26c)의 체결을 해제시키기만 하면, 태양 전지 모듈(30)을 분해하여, 복수의 태양 전지 셀(10)을 개별적으로 용이하게 인출할 수 있고, 그 외의 부품도 떼어낼 수 있다. 그러므로, 태양 전지 셀(10)의 회수 비용은, 종래와 같이 땜납이나 도전성 접착제를 채용하여 견고하게 접속한 경우에 비해, 휠씬 저비용이 된다.
(2) 외주 프레임(16), 복수의 파형 유지 스프링(13), 및 2매의 케이스판(17)도, 볼트(26)·너트(26c)를 개재하여 기계적으로 조립되어 있으므로, 태양 전지 모듈(30)의 조립이나 분해가 용이하며, 조립이나 분해에 필요한 비용도 현격하게 저감시킬 수 있다.
(3) 태양 전지 모듈(30)이면서 태양 전지 셀(10)이나 파형 유지 스프링(13)을 투명한 2매의 케이스판(17)으로 협지하는 구조이므로 기계적 강도를 높게 하고, 창재료로서 적용 가능하게 된다.
(4) 이 태양 전지 모듈(30)을 창재료로서 적용하는 경우, 태양 전지 셀(10)의 배치 패턴, 파형 유지 스프링(13)과 외주 프레임(16)과 케이스판(17)의 형상이나 치수의 설계에 따라서 외관이 뛰어난 창을 구성할 수 있다. 창의 내측에 광 반사 기능이 있는 커텐 등을 배치하여 외부로부터의 광을 반사시키고 태양 전지 셀(10)의 배면측에 조사하여 발전 출력을 높일 수도 있다.
(5) 이 태양 전지 모듈(30)을 태양 전지 이외에 벽재나 지붕재로 겸용할 경우는, 2매의 케이스판(17) 중 건물 측의 케이스판(17)의 내 표면에 반사율이 높은 피막을 형성하거나, 또는 건물 측의 유리제의 케이스판(17) 대신 높은 반사율을 가지는 세라믹제의 케이스판을 채용해도 된다. 이 세라믹판을 채용하는 경우, 채광성은 없지만 기계적 강도가 높고 단열성도 높아지는 이점을 얻을 수 있다.
(6) 실리콘 고무 박막[탄성막(23)]은, 케이스판(17)과 외주 프레임(16) 사이 등의 간극을 매립하고 기밀성을 유지하는데 효과가 있으며, 불활성 가스를 봉입(封入) 또는 진공으로 하여 태양 전지 셀(10)의 외기에 의한 열화 방지나 복층 유리로서의 단열 성능의 향상에도 효과를 발휘한다. 그리고, 실리콘 고무 박막으로서, 다른 탄력성이 있는 투명 합성 수지(예를 들면, EVA, PET 등)제의 박막을 채용해도 된다.
전술한 태양 전지 모듈(30)을 부분적으로 변경하는 예에 대하여 설명한다.
[1] 외주 프레임(16)은, 예시된 유리 베이스재 에폭시 수지 배선판 이외에, 세라믹 배선 기판 등 다른 재료로 이루어질 수도 있다. 세라믹 배선 기판은, 고가이지만 내열성 및 내화성이 있고, 기계적 강도 및 치수 안정성이 뛰어나다. 그리고, 제2 외주틀(19)도 유리 베이스재 에폭시 수지 배선판으로 구성해도 된다.
[2] 외주 프레임(16)에, 태양 전지 셀(10) 이외의 반도체 소자 또는 반도체칩, 저항이나 컨덴서, 인덕터 등의 회로 부품을 설치하고, 태양 전지 셀(10)을 포함하는 복합 전자 기능 모듈 또는 장치로 구성해도 된다. 그 일례로서 태양 전지 모듈(30)의 직류 출력을 교류 출력으로 변환하기 위한 회로나 출력 제어 회로를 내장해도 된다. 또한, 태양 전지 셀(10) 이외에 LED나 배터리를 내장하여, 발전한 전력으로 LED를 발광시키는 표시기를 구성하거나, 또는 광통신의 광원용 LED를 내장하거나, 또한, 센서 소자와 IC 칩도 탑재하여 외부에 정보를 송신하는 기기를 내장하는 등 태양 전지 모듈과 다른 기능 장치와의 하이브리드화가 가능하다.
[3] 전술한 투명한 2개의 유리제의 케이스판(17)의 한쪽 또는 양쪽 대신, 투명한 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 실리콘 수지 등으로 구성한 합성 수지판 을 채용해도 된다. 이 경우, 태양 전지 모듈 전체의 중량과 비용 저감을 도모할 수 있다.
[4] 전술한 투명한 케이스판(17) 또는 투명 합성 수지판의 한쪽에 반사막을 붙인 판을 채용하고, 입사광을 반사시켜서 태양 전지 셀(10)의 발전 성능을 높여도 된다.
[5] 파형 유지 스프링(13)의 재료는, 공지된 스프링재인 탄소강, 텅스텐강, 니켈강, 양은, 베릴륨동도 되고, 피아노선으로 구성한 스프링을 채용해도 된다.
[6] 전술한 구형의 태양 전지 셀(10)을 구형의 발광 다이오드 셀과 바꾸어서, 디스플레이나 평면 발광형 조명 등으로서 적용되는 발광 다이오드 모듈로서 구성할 수도 있다.
[7] 전술한 구형의 태양 전지 셀(10) 대신, WO 99/10935호 공보에 기재한 바와 같은, 구형의 심재(코어)의 표면에 박막 반도체층을 성막하고, pn접합을 형성한 구조의 태양 전지 셀이나 발광 다이오드 소자를 채용해도 된다.
[실시예 2]
실시예 2의 태양 전지 모듈(40)(수광용 반도체 모듈)에 대하여, 도 12∼도 17에 기초하여 설명한다. 이 태양 전지 모듈(40)은 태양 전지 셀(10)을 고밀도로 내장한 복층 유리형과 그 구조가 유사한 것이다. 태양 전지 셀(10)은, 전술한 태양 전지 셀(10)과 동일하므로, 동일 부호를 부여하여 설명한다.
이 태양 전지 모듈(40)은, 복수의 태양 전지 셀(10)을 그 도전 방향을 일치시키고, 그 도전 방향을 열 방향으로 하는 복수 열·복수 행의 매트릭스형으로 평 면적으로 배열시킨 상태로 유지하면서 복수의 태양 전지 셀(10)을 개별적으로 분리 가능하게 유지하는 유지 기구(41)(유지 수단)와, 복수 열의 태양 전지 셀(10)에서의 각 열의 태양 전지 셀(10)을 직렬로 접속하면서 복수 행의 태양 전지 셀(10)에서의 각 행의 태양 전지 셀(10)을 병렬로 접속하는 도전 접속 기구(42)와, 이 도전 접속 기구(42)에 의한 복수 열의 태양 전지 셀(10)의 직렬 접속을 유지하기 위하여, 열 방향과 평행한 방향으로 기계적 가압력을 부가하는 도전성 탄성 부재(43)를 구비한다.
유지 기구(41)는, 복수 열·복수 행의 태양 전지 셀(10)(태양 전지 셀군)을 수용하는 편평한 직사각형의 수용부(44)를 형성하는 평판형의 수용 케이스(45)와, 복수의 도전성 선재(42a)와, 복수의 고무구(56)를 구비하고 있다. 수용 케이스(45)는, 외주 프레임(46)과, 수용부(44)와 외주 프레임(46)의 상하 양면을 막는 폴리카보네이트 수지제의 두께 3mm의 투명한 2개의 케이스판(47)을 구비하고, 외주 프레임(46)은, 수용부(44)의 양측에 배치되는 열 방향과 평행한 한 쌍의 제1 외주틀(48)과, 수용부(44)의 양측에 위치하고 한 쌍의 제1 외주틀(48)의 양쪽의 단부 사이에 배치되는 한 쌍의 제2 외주틀(49)을 구비한다. 그리고, 전술한 케이스판(47)으로서 투명한 유리판을 적용해도 된다.
제1 외주틀(48)은, 태양 전지 셀(10)의 직경과 같거나 또는 약간 큰 두께의 백색의 폴리카보네이트 수지제의 판형 부재이며, 제1 외주틀(48)에는 복수의 볼트구멍(50)이 설치되어 있다. 제2 외주틀(49)은, 제1 외주틀(48)과 동일한 두께의 백색의 폴리카보네이트 수지제의 판형 부재이며, 그 두께 방향 중단부에는 열 방향 의 외측으로 돌출하는 단자판(51)(외부 단자)이 일체적으로 성형되고, 제2 외주틀(49)의 양단 부근부에는 열 방향으로 긴 구멍으로 이루어지는 볼트구멍(52)이 형성되어 있다. 상하의 케이스판(47)에는, 제1 외주틀(48)의 볼트구멍(50)과 제2 외주틀(49)의 볼트구멍(52)에 대응하는 복수의 볼트구멍(53, 54)이 형성되어 있다.
한 쌍의 제1 외주틀(48)을 수용부(44)의 공간을 두고 평행하게 대치한 상태에서, 한 쌍의 제1 외주틀(48)에 걸쳐서, 동선으로 이루어지는 복수의 도전성 선재(42a)가 행 방향과 평행하면서 태양 전지 셀(10)의 플러스 전극(5)으로부터 마이너스 전극(6)까지의 거리와 거의 동일한 간격을 두고 설치되고, 복수의 도전성 선재(42a)의 단부는 한 쌍의 제1 외주틀(48)에 일체 성형에 의해 고정되어 있다. 도전성 선재(42a)는, 직경이 0.5mm이며 은도금한 선재로서, 파형 스프링(43)의 탄성력으로 탄성 변형 가능한 선재이다. 상하의 케이스판(47)의 내면의 전체면에는 탄성막으로서의 투명한 실리콘 고무 피막(47a)(예를 들면, 두께 0.05mm)이 피복되어 있다.
태양 전지 모듈(40)을 조립할 때, 아래쪽의 케이스판(47)의 상면에, 한 쌍의 제1 외주틀(48) 및 복수의 도전성 선재(42a)가 세트되고, 태양 전지 셀(10)의 도전 방향을 열 방향으로 일치시킨 상태에서, 각 행의 한 쌍의 도전성 선재(42a) 사이에 복수의 태양 전지 셀(10)을 서로 접촉하는 상태로 끼워넣고, 플러스 전극 및 마이너스 전극(5 및 6)을 한 쌍의 도전성 선재(42a)에 접촉시켜서 각 행의 태양 전지 셀(10)을 병렬로 접속한다. 각 행의 복수의 태양 전지 셀(10)의 양단과 제1 외주틀(48) 사이에 태양 전지 셀(10)과 동일한 직경의 실리콘 고무제의 구형 고무(56) 가 끼워넣어져 있다. 각 행에서, 한 쌍의 구형 고무(56)에 의해 각 행의 복수의 태양 전지 셀(10)끼리가 맞닿도록 가압되므로, 태양 전지 셀(10)과 도전성 선재(42a)와의 접촉이 균등화되고, 태양 전지 셀(10)이 어긋나지 않고 안정적으로 유지된다.
한 쌍의 제1 외주틀(48)의 열 방향 양단의 단부끼리 사이에, 중계 도체(55)와 파형 스프링(43)과 제2 외주틀(49)을 밀어넣고, 중계 도체(55)를 도전성 선재(42a)에 접촉시키고, 파형 스프링(43)에 제2 외주틀(49)의 단자판(51)을 맞닿게 한 상태에서 가고정한다. 다음에, 외주 프레임(46)의 상면 측의 케이스판(47)을 장착하고, 예를 들면 불소 수지제의 와셔(57a)와 강제의 접시 스프링(57b)을 장착한 볼트(57)를, 위쪽 케이스판(47)과 제1 외주틀 및 제2 외주틀(48 및 49)과 아래쪽 케이스판(47)의 볼트구멍(50, 52, 53, 54)에 삽입시키고, 예를 들면 불소 수지제의 와셔(57a)를 개재시키고 너트(57c)에 체결하여 고정한다.
이 때, 파형 스프링(43)의 가압력에 의해 각 태양 전지 셀(10)의 플러스 전극 및 마이너스의 전극(5 및 6)과 이들에 대면하는 도전성 선재(42a)가 기계적으로 확실하게 접촉하고 전기적으로 접속되도록, 제2 외주틀(49)의 위치 조절용 볼트구멍(52)을 통하여 제2 외주틀(49)의 위치를 적절한 위치로 조절한다. 전술한 중계 도체(55)는, 동제의 각 봉의 표면에 은도금을 행한 것이며, 파형 스프링(43)은, 두께 0.4mm, 폭 1.9mm의 인 청동제의 탄성이 있는 띠판을 파형으로 형성하고, 그 표면에 은도금을 행한 것이다.
볼트(57)의 체결에 의해 실리콘 고무 피막(47a)은, 그 탄력성에 의해 케이스 판(47)과 외주 프레임(46)의 간극을 어느 정도는 메우는 역할을 하지만, 부재 사이에 간극이 남는 경우는 액상의 실리콘 고무계 또는 부틸 고무계의 충전재 또는 패킹에 의해 밀봉하고, 수용부(44)를 밀봉 구조로 한다.
전술한 태양 전지 모듈(40)에서는, 복수의 태양 전지 셀(10)이 복수 행·복수 열의 매트릭스형으로 배열되고, 이 태양 전지 셀군에서, 각 행에서의 복수의 태양 전지 셀(10)은 그 양쪽의 한 쌍의 도전성 선재(42a)에 의해 병렬로 접속되고, 각 열에서의 복수의 태양 전지 셀(10)은 복수의 도전성 선재(42a)(도전성 탄성 부재)를 개재하여 직렬로 접속되어 있다. 특히, 열 방향 양단에 배치한 한 쌍의 파형 스프링(43)에 의해, 중계 도체(55)를 수용부(44) 측으로 가압함으로써, 복수 열의 태양 전지 셀(10)의 직렬 접속이 유지되어 있다. 이 태양 전지 모듈(40)의 등가 회로는 도 17에 나타낸 바와 같으며, 한쪽의 단자판(51)이 외부에 돌출된 플러스극 단자(58), 다른 쪽의 단자판(51)이 외부에 돌출된 마이너스극 단자(59)이며, 플러스극 단자(58)와 마이너스극 단자(59)로부터 태양 전지 모듈(40)에서 발생한 전력을 외부로 인출할 수 있다.
이 태양 전지 모듈(40)은, 태양 전지 모듈의 단위 면적당의 출력은 크게 할 수 있지만, 광의 채광성 또는 시스루(seethrought)성은 저하된다. 그러나, 이 태양 전지 모듈(40)은, 태양 전지 셀(10)을 비교적 고밀도로 배열하여 작은 점유 면적으로 보다 큰 출력을 얻기에 적합하다. 출력 전류는 병렬로 접속되는 태양 전지 셀(10)의 개수를 늘리는 만큼 커지고, 출력 전압은 직렬로 접속되는 태양 전지 셀(10)의 개수를 늘리는 만큼 높아진다. 그리고, 1개의 태양 전지 셀(10)의 출력 전압은 약 0.6볼트이다.
이 태양 전지 모듈(40)의 도전 접속 기구(42)는, 도 17에 나타낸 바와 같은 메시 구조의 회로로 구성되어 있으므로, 일부 태양 전지 셀(10)이 고장에 의해 오픈으로 된 경우, 또는 일부 태양 전지 셀(10)의 전기적 접속이 불량으로 된 경우, 또는 일부 태양 전지 셀(10)이 그늘에 의해 기능 정지한 경우 등에도, 이들 기능 정지한 태양 전지 셀(10)을 우회하는 우회 회로를 통하여 전류가 흐르므로, 그 외의 정상적인 태양 전지 셀(10)의 발전 기능이 정지하거나 저하되지 않고, 태양 전지 모듈(40) 전체의 출력 저하에 미치는 영향을 최소로 그치게 할 수 있다.
이 태양 전지 모듈(40)을 수리하는 경우나, 폐기하는 경우, 복수의 볼트(57)나 너트(57c)를 떼어내기만 하면, 태양 전지 모듈(40)을 해체하여, 복수의 태양 전지 셀(10)을 개별적으로 인출하여 회수할 수 있으므로, 고장난 일부의 태양 전지 셀(10)을 새로운 태양 전지 셀(10)로 교환하거나, 모든 태양 전지 셀(10)을 회수하여 재이용할 수 있다. 태양 전지 셀(10) 뿐만 아니라, 그 외의 부품도 떼어낼 수 있고, 대부분의 부품은 재이용할 수 있다. 그러므로, 태양 전지 셀(10)의 회수 비용은, 종래와 같이 납땜이나 도전성 접착제를 채용하여 견고하게 접속한 경우에 비해, 휠씬 저비용이 된다.
이 태양 전지 모듈(40)에서는, 태양 전지 셀(10)과 도전성 선재(43a)와의 전기적인 접속에, 납땜이나 도전성 접착재를 사용하지 않고, 기계적 가압력을 부가한 접촉에 의해 접속하고 있으므로, 제작비를 현저하게 저감시킬 수 있다. 태양 전지 모듈(40)의 양단에 단자판(51)이 돌출되어 있으므로, 복수의 태양 전지 모듈(40)을 직렬로 접속할 때, 단자판(51)끼리를 접촉시키기만 하면 간단하게 접속할 수 있다.
그리고, 한쪽(예를 들면 플러스극 측)의 단자판만 외부로 돌출시키고, 다른 쪽(예를 들면 마이너스극 측)의 단자판(51)은 오목구멍의 깊숙한 단에 면하는 구조로 할 수도 있으며, 그 경우는, 복수의 태양 전지 모듈(40)을 거의 간극없이 배열하여 직렬로 접속할 수 있다.
이 태양 전지 모듈(40)의 도전 접속 기구(42)에서는, 도전성 선재(42a)를 유효 활용하여 직렬이면서 병렬로 접속하는 구성이므로, 도전 접속 기구(42)의 구조가 간단하게 되어, 제작 비용 면에서 유리하다. 또한, 복수의 태양 전지 셀(10)의 주위를 덮기 때문에, 투명한 합성 수지의 충전제를 사용하지 않으므로, 충전제 비용과 충전을 위한 설비와 비용을 생략할 수 있고, 폐기 면에서도 유리하다. 태양 전지 모듈(40)의 내부에 공간이 형성되고, 단열 효과와 차음 효과가 얻어지고, 창재와 광 발전의 기능을 양립시킬 수 있다.
그리고, 전술한 실시예의 태양 전지 모듈(40)에서의 복수의 태양 전지 셀의 매트릭스 배열의 행수와 열수는 일례를 나타낸 것이며, 실제로는 보다 많은 행수와 열수의 모듈이 된다. 전술한 실시예는, 태양 전지 셀(10)을 사용한 태양 전지 모듈(40)에 대하여 설명하였으나, 태양 전지 셀(10) 대신, 전기 에너지로부터 광 에너지로 변환하는 구형의 발광 다이오드 소자를 내장한 구성의 발광 다이오드 모듈(발광 다이오드 디스플레이나 발광 다이오드 조명 등)에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 그리고, 전술한 실시예 1의 말미에 기재한 변경 사항 [1]∼[7] 중, 본 실시예의 태양 전지 모듈(40)에 적용 가능한 변경 사항은 실시예 1과 마찬가지 로 채용 가능하다.
[실시예 3]
실시예 3의 태양 전지 모듈(60)에 대하여, 도 18 내지 도 27에 기초하여, 설명한다.
이 태양 전지 모듈(60)은, 복수의 태양 전지 셀(10)을 복수 군의 군별로 조립하거나, 분리 가능하도록, 복수의 태양 전지 셀(10)을, 예를 들면 2개 군으로 나누어, 2개의 소형의 평판형의 분할 모듈(61)로 구성하고, 이 2개의 분할 모듈(61)을 수용 케이스(62) 내에 내장하여 직렬로 접속하는 구조로 한 것이다. 태양 전지 셀(10) 자체는, 실시예 1 및 실시예 2의 태양 전지 셀과 동일하므로, 동일 부호를 부여하여 설명한다.
도 18 내지 도 21에 나타낸 바와 같이, 이 태양 전지 모듈(60)은, 2개의 분할 모듈(61)과, 2개의 분할 모듈(61)을 수용하는 편평한 수용부(65)를 형성하는 수용 케이스(62)를 구비하고 있다. 분할 모듈(61)은, 복수 행·복수 열의 매트릭스형으로 배열시킨 복수의 태양 전지 셀(10)을 무연의 도전성 접착재에 의해 복수의 도전성 선재(66)에 고착하여 직렬 및 병렬 접속하고, 이들 전체를 투명 합성 수지로 평판형으로 몰드한 것이다.
이들 분할 모듈(61)을 수용 케이스(62) 내의 수용부(65) 내에 직렬로 배열하고, 파형 스프링(70)(도전성 접속 부재)에 의해 기계적 압력을 가하여 전기적으로 접속하고 있다. 이 실시예에서는, 2개의 분할 모듈(61)을 구비한 태양 전지 모듈(60)을 예를 들어 설명하지만, 수용 케이스(62) 내에 내장하는 분할 모듈(61)의 개수는 2개로 한정되지 않고, 분할 모듈(61)의 개수를 늘려서, 태양 전지 모듈(60)의 출력을 크게 할 수도 있다.
여기서, 전술한 분할 모듈(61)에 대하여, 도 22 내지 도 26에 기초하여 설명한다.
도 22에 나타낸 바와 같이, 복수의 태양 전지 셀(10)은, 도전 방향을 열 방향으로 일치시키고, 복수 행·복수 열의 매트릭스형으로 배열되고, 인접하는 열과 열 사이에는 태양 전지 셀(10)의 직경의 약 1/2정도의 간극이 형성되어 있지만, 이 간극은 더 커도 되고, 더 작아도 되며, 자유롭게 설정 가능하다. 예를 들면, 열 사이의 간극을 없애고, 각 행의 태양 전지 셀(10)을 접촉 상태로 배치해도 된다.
각 행의 복수의 태양 전지 셀(10)과 인접하는 행의 복수의 태양 전지 셀(10) 사이에 단면 직사각형의 가는 도전성 선재(66)가 플러스 전극 및 마이너스의 전극(5 및 6)에 맞닿는 상태로 설치되고, 열 방향의 양단의 행의 복수의 태양 전지 셀(10)의 플러스 전극(5) 또는 마이너스 전극(6)에 맞닿는 접속 도체(67)이며, 도전성 선재(66)보다 굵은 단면 직사각형의 접속 도체(67)가 설치되어 있다. 이들 태양 전지 셀(10)의 플러스 전극(5)과 마이너스 전극(6)은 공지된 도전성 접착재(예를 들면, 은 에폭시 수지)에 의해 도전성 선재(66) 또는 접속 도체(67)에 접착되어 가열 경화되어 고착된다.
이와 같이 하여, 각 행의 복수의 태양 전지 셀(10)은 한 쌍의 도전성 선재(66)에 의해 또는 도전성 선재(66)와 접속 도체(67)에 의해 병렬로 접속되고, 각 열의 복수의 태양 전지 셀(10)은 복수의 도전성 선재(66)에 의해 직렬로 접속되어 있고, 분할 모듈(61)에서의 복수의 태양 전지 셀(10)은 복수의 도전성 선재(66) 및 2개의 접속 도체(67)에 의해 직렬이면서 병렬로 접속되어 있다. 이와 같이, 분할 모듈(61)에는, 각 열의 태양 전지 셀(10)을 직렬로 접속하면서 각 행의 태양 전지 셀(10)을 병렬로 접속하는 도전 접속 기구가 설치되어 있다.
전술한 직렬이면서 병렬로 접속된 복수의 태양 전지 셀(10)과 도전성 선재(66) 및 접속 도체(67)는, 투명한 합성 수지(예를 들면 실리콘 수지)로 전체를 덮도록 평판형으로 수지 몰드되고, 양단의 접속 도체(67)의 단부는, 합성 수지판(68)의 단부로부터 외부로 노출되어 있다. 이 합성 수지판(68)에는, 각 열의 태양 전지 셀(10)을 덮는 원기둥형의 렌즈부(69)가 형성되고, 합성 수지판(68)의 양 단부에는 평판형의 유지부(68a)가 형성되어 있다. 그리고, 원기둥형의 렌즈부(69)는 입사광을 집광하여 태양 전지 셀(10)의 출력 향상에 기여한다.
다음에, 전술한 2개의 분할 모듈(61)을 내장한 구조의 태양 전지 모듈(60)에 대하여 도 18 내지 도 21에 기초하여 설명한다.
수용 케이스(62)는, 예를 들면 폴리카보네이트 수지, 아크릴 수지 또는 실리콘 수지 등의 투명 합성 수지로 구성되어 있다. 수용 케이스(62)는, 동일한 구조의 상하 한 쌍의 케이스 부재(63, 63)를 대면형으로 중첩시켜서 볼트 결합한 것이다. 이들 케이스 부재(63) 각각에는, 수용부(65)의 대략 절반을 형성하는 오목부(71)와, 이 오목부(71)의 양쪽 단부에 중첩되는 단자 장착홈(72)이 형성되어 있다.
케이스 부재(63) 중 오목부(71) 외측의 한 쌍의 랜드부(73)(측벽부)의 표면 중 외측 약 2/3 부분에는, 예를 들면 실리콘 고무제의 탄력성이 있는 고무 피막(74)(예를 들면, 두께 약 0.1mm)이 형성되어 있다. 단자 장착홈(72)의 내면에도 전술한 바와 마찬가지의 고무 피막(75)이 형성되어 있다. 태양 전지 모듈(60)을 조립할 때, 아래쪽의 케이스 부재(63)의 오목부(71)에 2개의 분할 모듈(61)을 수용한 후에, 위쪽의 케이스 부재(63)를 씌우고, 분할 모듈(61)의 행 방향 양단의 유지부(68)를 상하의 랜드부(73) 사이에 협지한다.
다음에, 열 방향 양단 측의 상하의 단자 장착홈(72)으로 이루어지는 편평한 단자 장착 개구에, 각각, 파형 스프링(70), 외부 단자(76)를 삽입하고 수용 케이스(62)와의 사이에 고무 패킹(77)을 장착한다. 다음에, 상하의 케이스 부재(63) 끼리, 상하의 케이스 부재(63)와 외부 단자(76)를 볼트 결합한다. 이 때, 예를 들면, 불소 수지제의 와셔(78a)를 개재하여 볼트(78)를 볼트구멍(79, 80)에 삽입시키고, 하면 측의 불소 수지제의 와셔(78a)를 개재하여 너트(78b)에 체결한다.
이 때, 외부 단자(76)의 볼트구멍(80)은 열 방향으로 가늘고 긴 구멍이므로, 파형 스프링(70)에 의한 가압력이 적절한 강도가 되도록 볼트구멍(80)을 이용하여 외부 단자(76)의 체결 위치를 조정할 수 있다. 이와 같이 하여, 2개의 분할 모듈(61)은, 태양 전지 모듈(60)의 중심에서 접속 도체(67)끼리가 기계적으로 접촉하여 전기적으로 직렬로 접속된다. 2매의 분할 모듈(61)의 양단은, 파형 스프링(70)을 개재하여 외부 단자(76)와 기계적으로 접촉하여 전기적으로 직렬로 접속되고, 수용 케이스(62)의 양단에 외부 단자(76)가 돌출되어, 태양 전지 모듈(60)의 플러스극 단자, 마이너스극 단자가 되므로 외부로 출력을 인출할 수 있다.
도 27은, 이 태양 전지 모듈(60)의 메시 구조의 등가 회로를 나타낸 것이며, 이 등가 회로는 실시예 2의 등가 회로와 마찬가지의 작용 효과를 얻지만, 플러스극 단자(81)와 마이너스극 단자(82)로부터 외부로 전력을 인출할 수 있다.
그리고, 분할 모듈(61)을 수용한 공간을 밀봉하여 외부 분위기가 들어가지 않도록 하기 위해, 필요에 따라 수지나 고무 밀봉재로 간극을 메운다.
태양 전지 모듈(60)에서는, 2개의 분할 모듈(61)이 공통의 수용 케이스(62)중 파형 스프링(70)에 의해 기계적으로 직렬로 접속되고, 볼트(78)와 너트(78b)를 체결함으로써 위치가 고정되고, 또한 고무 피막(74, 75)과 패킹(77)에 의해 외기와 차단되어 있다. 수용 케이스(62) 전체를 분해하여 분할 모듈(61)을 교환하거나 또는 회수하여 재사용할 수도 있다. 이 모듈(60)은, 태양 전지 셀(10)의 간극이 있으므로, 유리창으로서 적용한 경우에 채광을 행할 수 있는, 수용 케이스(62) 내의 공간이 단열 효과를 낳는다. 합성 수지제의 케이스 부재(63)를 채용하는 경우는 유리를 사용한 것보다 가벼워서 쉽게 망가지지 않고 염가가 된다.
이상 설명한 태양 전지 모듈의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
(1) 분할 모듈(61)끼리의 접속과, 분할 모듈(61)과 외부 단자(76)와의 접속을 파형 스프링(70)의 기계적 가압력을 개재하여 행하므로, 땜납 등의 접합재에 의한 고착이 불필요하다. 그러므로, 전기적 접속을 위한 가열 공정이 불필요하다. 태양 전지 모듈(60)로부터 분할 모듈(61)이나 외부 단자(76)나 파형 스프링(70)을 떼어내고, 다른 태양 전지 모듈에 이용하는 것도 용이하게 된다. 그리고, 복수의 태양 전지 모듈(60)을 직렬로 접속할 때, 외부 단자(76)끼리를 접촉시킴으로써 간 단하게 접속할 수 있다.
(2) 탄성체제의 도전성 파형 스프링(70)을 활용하여 전기적 접속을 확보하고 있으므로, 온도 변화에 따른 모듈의 치수 변화(팽창이나 수축)나 기계적인 충격을 흡수하고, 태양 전지 셀(10)에 과도한 스트레스를 주지 않게 된다.
(3) 분할 모듈(61)에서의 복수 열의 열 사이의 간격을 적절하게 변경하거나, 도전성 선재(66)의 굵기를 자유롭게 설정할 수도 있으므로, 채광성(시스루성)과 발전의 비율을 다양하게 선택할 수 있고, 아름다운 디자인의 건재를 겸한 태양 전지 모듈(60)이나 발광 다이오드 모듈, 및 이들을 복수개 조합한 패널을 제작할 수 있다.
(4) 구형의 태양 전지 셀(10)을 채용하고 있으므로 여러 방향으로부터의 입사광을 활용하여 발전할 수 있다. 하나 또는 복수의 태양 전지 모듈(60)을 유리창으로서 구성한 경우, 실내로부터의 광도 발전에 활용할 수 있다.
전술한 실시예 3을 부분적으로 변경하는 예에 대하여 설명한다.
[1] 분할 모듈(61)에서, 복수의 태양 전지 셀(10)의 매트릭스 배열에서의 행수와 열수는 일례를 나타낸 것이며, 보다 많은 행수와 열수를 가지는 분할 모듈로 구성해도 된다. 또한, 태양 전지 모듈(60)에 내장하는 분할 모듈(61)의 개수는 2개로 한정되지 않고, 그 개수는 자유롭게 설정할 수 있다. 또한, 태양 전지 모듈(60)에 복수의 분할 모듈(61)을 1열이 아니라, 복수 열로 배치할 수도 있다. 즉, 1개의 태양 전지 모듈(60)에 복수의 분할 모듈(61)을 복수 행·복수 열의 매트릭스형으로 배치해도 된다. 그 경우는 분할 모듈(61)에서의 유지부(68a)를 생략하 고, 분할 모듈(61)을 오목부(65)의 내면에 맞닿게 해도 된다.
[2] 태양 전지 모듈(60)의 외부 단자(76)에 관하여, 복수의 태양 전지 모듈(60)을 직렬로 접속할 때 유리하게 되도록, 한쪽(예를 들면, 플러스극 측)의 외부 단자(76)는 도시한 바와 같이 외부로 돌출하고, 다른 쪽(예를 들면, 마이너스극 측)의 외부 단자(76)는, 단자 장착 개구의 안쪽에 들어가 있고, 인접하는 태양 전지 모듈(60)의 한쪽(예를 들면 플러스극 측)의 외부 단자(76)에 접속 가능하게 구성해도 된다.
[3] 태양 전지 모듈(60)을, 채광이나 시스루성을 필요로 하지 않는 벽재로서 구성하는 경우는, 태양 전지 셀(10)의 후방에 광 반사 또는 광 산란 가능한 판이나 시트를 배치해도 된다. 태양 전지 모듈(60)의 경우는, 태양 전지 셀(10) 사이를 투과한 광이 태양 전지 셀(10)의 배면측에서 반사되어 태양 전지 셀(10)의 출력이 증가하는, 발광 다이오드 모듈의 경우는 반사하여 전방에 출사되는 광에 의해 밝기가 증가한다.
[4] 지붕, 탑 라이트, 창, 커텐 벽, 외관, 차양, 루퍼(looper) 등 건재와 일체의 태양 전지 모듈이나 옥외형의 발광 다이오드 디스플레이, 광고탑, 자동차, 항공기, 선박 등의 일부에 태양광 발전 또는 표시 또는 양쪽을 겸한 기능 장치로서의 이용도 가능하다.
[5] 케이스 부재(63)의 랜드부(73)에, 각종 센서, 신호 수신 기기, 신호 발신 기기, 교류 직류 변환기, 주파수 변환기, 로직 회로, CPU와 그 주변 회로를 내장하고, 태양 전지 모듈이나 발광 다이오드 모듈의 입출력의 제어가 가능한 장치로 서 구성할 수도 있다.
본원의 수광 또는 발광용 반도체 모듈은, 태양 전지 패널이나 발광 다이오드 디스플레이나 발광 다이오드 조명 장치에 유효 활용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 수광 또는 발광 기능이 있는 복수의 구형의 반도체 소자를 구비한 반도체 모듈에서, 복수의 반도체 소자 각각에 그 중심을 협지하여 대향형으로 설치한 플러스극 및 마이너스극과,
    상기 복수의 반도체 소자를 도전 방향을 일치시켜서 그 도전 방향을 열 방향으로 하는 복수 열·복수 행으로 평면적으로 배열된 상태로 유지하면서 복수의 반도체 소자를 개별적으로 또는 복수 군의 군별로 분리 가능하게 유지하는 유지 수단과,
    상기 복수 열의 반도체 소자에서의 각 열 또는 인접하는 각 2개 열의 반도체 소자를 직렬로 접속하면서 복수 행의 반도체 소자에서의 각 행의 반도체 소자를 병렬로 접속하는 도전 접속 기구와,
    상기 도전 접속 기구에 의한 복수 열의 반도체 소자의 직렬 접속을 유지하기 위하여, 열 방향과 평행한 방향으로 기계적 가압력을 부가하는 도전성 탄성 부재
    를 포함하는 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유지 수단은, 복수의 반도체 소자를 수용하는 편평한 수용부를 형성하는 평판형의 수용 케이스로서 분리 가능한 복수의 부재로 이루어지는 수용 케이스를 구비하고, 상기 수용 케이스는 상기 수용부의 양면 측을 외계로부터 구획하는 한 쌍의 케이스판을 구비하고, 이들 케이스판 중 적어도 한쪽은 광투과성의 유리 또는 합성 수지로 구성된, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유지 수단은, 상기 수용 케이스 내에 거의 평행하게 배열되면서 도전성 띠판으로 이루어지는 복수의 파형 유지 스프링을 구비하고, 각 행의 복수의 반도체 소자는 플러스 전극 및 마이너스 전극을 한 쌍의 파형 유지 스프링으로 협지함으로써 유지되고,
    상기 도전 접속 기구는 상기 복수의 파형 유지 스프링으로 구성된, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유지 수단은, 상기 수용 케이스 내에 평행하게 배치된 복수의 도전성 선재를 구비하고, 각 행의 복수의 반도체 소자는 플러스 전극 및 마이너스 전극을 한 쌍의 도전성 선재로 협지함으로써 유지되고,
    상기 복수의 반도체 소자는 복수 행·복수 열의 매트릭스형으로 배열되고, 각 행의 복수의 반도체 소자는 맞닿는 상태로 설치되면서 각 열의 복수의 반도체 소자는 도전성 선재를 협지하여 맞닿도록 배치되고,
    상기 도전 접속 기구는 복수의 도전성 선재로 구성된, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수용 케이스는, 상기 한 쌍의 케이스판 사이에서 상기 수용부의 외주측에 직사각형으로 배치되는 한 쌍의 제1 외주틀 및 한 쌍의 제2 외주틀을 구비하고, 상기 한 쌍의 제1 외주틀은 상기 수용부의 양측에 열 방향과 평행하게 배치되고, 상기 복수의 도전성 선재의 양 단부가 한 쌍의 제1 외주틀에 고정된, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제2 외주틀은 상기 한 쌍의 제1 외주틀의 양쪽 단부끼리 사이에 행 방향과 평행하게 배치되고, 각각의 제2 외주틀과 이에 대향하는 도전성 선재 사이에, 상기 도전성 선재에 맞닿는 중계 도체와, 상기 중계 도체에 맞닿으면서 도전성 띠판으로 이루어지는 파형 스프링이 배치된, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 각각의 제2 외주틀에, 상기 파형 스프링에 맞닿으면서 상기 수용 케이스 밖으로 돌출하는 단자판을 설치한, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1 외주틀 및 상기 한쌍의 제2 외주틀과, 한 쌍의 케이스판 은, 복수의 볼트와 너트에 의해 분리 가능하게 연결된, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 케이스판의 내면 측에는 광투과성의 탄성막이 형성된, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  10. 제2항에 있어서,
    복수의 반도체 소자는 복수개 군으로 그룹화되고,
    각 군의 복수의 반도체 소자는 복수 행·복수 열의 매트릭스형으로 배열되고, 또한 각 행의 복수의 반도체 소자에서의 인접하는 반도체 소자는 맞닿은 상태 또는 약간 사이를 두고 배치되고,
    상기 도전 접속 기구는, 복수 행의 태양 전지 셀의 행과 행 사이에 배치된 복수의 도전성 선재와 열 방향 양단의 행의 외측에 행 방향과 평행하게 배치된 한 쌍의 접속 도체를 구비하고,
    상기 각 군에서의, 복수의 반도체 소자와, 복수의 도전성 선재와, 한 쌍의 접속 도체의 일부분을 광투과성의 합성 수지로 매몰형으로 몰드함으로써 평판형의 분할 모듈로 구성한, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 분할 모듈을 상기 수용 케이스의 수용부 내에 열 방향으로 직렬로 배열한 상태에서, 인접하는 분할 모듈의 접속 도체끼리 전기적으로 접속된, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수용 케이스는 대면형으로 중첩시킨 한 쌍의 케이스판을 구비하고, 상기 각 케이스판은 수용부의 행 방향 양단측을 막는 측벽부와, 그 수용부로부터 케이스판의 열 방향 양단까지 연장되는 단자 장착 홈을 구비하고,
    상기 수용 케이스의 대면형의 한 쌍의 단자 장착 홈에는 외부로 돌출하는 단자판이 각각 장착되어 수용 케이스에 고정된, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 각 단자판과 이 단자판에 대면하는 분할 모듈의 접속 도체와의 사이에 상기 도전성 탄성 부재인 파형 스프링이 장착되고, 이들 한 쌍의 파형 스프링의 탄성 가압력에 의해 복수의 분할 모듈의 전기적인 직렬 접속이 유지되어 있는, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 각 단자판은, 상기 수용 케이스에 대해서 위치 조절될 수 있도록 고정된, 수광 또는 발광용 반도체 모듈.
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