TW519769B - Photosensitive or light-emitting semiconductor device - Google Patents

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TW519769B
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Description

519769 五、發明說明
[技術領域] 本發明有關於受光或發光用半導體裝置，特別有關於以 透光性之外殼構件覆蓋在具有受光或發光功能之球狀半導 體裝置之外面側，藉以改善聚光性能或光放射性能之裝 置，可以適用在太陽電池，照明裝置，顯示裝置等之^種 用途。 [背景技術] 習知所研究之技術是在由P型或n型之半導體構成之小直 徑球狀之半導體元件之表面部，經由擴散層形成pn接合， 將該多個球狀之半導體元件並聯連接到公用之電極，可以 活用在太陽電池或半導體光觸媒。 在美國專利案第3, 998, 65 9號公報所揭示之實例是在η型 之球狀半導體之表面形成ρ型擴散層，使多個球狀 之擴散層連接到公用之膜狀之電極（正極），和使多個球狀 半導體之η型芯子部連接到公用之膜狀之電/ 來構成太陽電池。 負極）用 在美國專利案第4, 021，323號公報揭示有太 體-件配置成為串聯狀，使該等半導體連接到== 液’以太陽光照用來使電解液產生;U觸在公用之電解 在吴國專利案第4, 582, 588號公報和美國專 5, 469’ 020號公報所揭示之使用球/、第 ^女j 狀之公用之電極，所
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而不適於將多個球狀電 以適於將多個球狀電池並聯連接 池串聯連接。
另外一方面，本發明之發明人提案有粒狀之發光或受光 用之半導體裝置，纟由P型半導體或n型半導體構成之球狀 之半導體元件形成擴散層，pn接面，和1對之電極，在美 國專利案第6, 204, 545號公報中提案有半導體模組，串聯 連接多個半導體裝置，和並聯連接多個該種串聯連接體， 可以適用在太陽電池，使水電分解等之光觸媒裝置，各種 發光裝置，彩色顯示器等。在該半導體模組中，當任何串 聯連接體之任何半導體裝置由於故障而變成開路狀態時， 在包含該半導體元件之串聯電路變成為沒有電流流動，在 該串，連接體之其餘之正常之半導體裝置亦變成為功能停 止狀態，因而發生半導體模組之輸出之降低。 因此，本申請案之發明人提出多個之國際專利案，其構 想是設置串並聯連接構造’將多個半導體單元配置成工矩 陣狀，串聯連接各行之半導體單元和並聯連接
但是，在美國專利案第6,2〇4,545號公報之半導體模组 中[利用半導體單元之電極間之連接，用來串聯連接多： 半導體單元’因為採用在平面排列多行之該串聯連接體」 構造、，和因為半導體單元之i對之電極非常小，所以在採 用上述之串並聯連接構造之情況時，製造技術變為複雜 難以製造大型之半導體模組’半導體模組之製造成本會丨 高0
5!9769 五、發明說明（3) 因Ϊ ^ /方ί之本發明之發明人所提案之球狀半導體裝置， 陽ΐ 為1〜^爪程度之小直徑者，所以例如在構成太 “板或t光板之h況時，變成為將多個之球狀半導體 體ΐ Hi為數mm間隔之矩陣狀。在此種情況，球狀半導 而要數目變成非常多，製造費用變高。因此，在 : = 情況’可以考慮在各行之球狀半導體裝置附 见的ό又置來光用之圓枝别之令止 m , 1之艰先透鏡，經由使行間之間隔 置之需要數目。但是，需要 勢，A荖脾取丄 〇之、又化，變化聚光透鏡之位置或姿 3 ’為者將聚光透鐘去拉成支 ^ ^ 所;:卜7變”雜支===:控制姿勢， 時，從小直Ξ之；器之發光板之情況 本發明之目的是接軟性發光之發光板。 光聚光在為弁用讨业1.又光用半導體裝置，用來提高將 體裝置，+會受到被配置成f J:?功能；受光用半導 裝置中之一部份球狀半導體f 1仃之多個球狀半導體 提高聚光功能；受光用半導體^故障之影響，而且可以 提高聚光功能；和發光用半導體裝置^而且可以 能，使從發光用球狀半導體梦、，用來提尚光擴散功 [發明之揭示] 、置發出之光被擴散。 本發明是一種受光或發光 〜九用+導體裝置，包含具有受光
519769 ^ 晒 五、發明說明（4) 功能或發光功能之至少 是：上述之球狀半導球狀^導體裝置，其特徵 之半導體結晶、接了，置在=有導=球狀叫 形成為球面狀，·和〗對之電極，連在二阳之表層部，大致 =且位於兩側成為包夾pn接面在接面之兩端， 件，具有上述球狀半導體裳置 和設有外殼構 透光性壁部，覆蓋在球狀半導體裝二，1 4以上之厚度之 其外表面形成球面或部份球面。 卜面側，構建成為 裝置之情況時，外來 射，進入到外殼被“折 面’所以射入光之射入方向即使有變化㊁為部份球 樣：，到達球狀半導體裝置因 :、述者同 外殼構件因為具有球狀半導體裝置之m 度之透光性壁部，覆蓋在球狀半導體裝置之之厚 外殼構件可以發揮变井At 丨’所以 之受光面穑楯i 使各個球狀半導體裝置 j積擴大’可以增大料各個球狀半導體裝置之光 较ί::導體裝置成為發光用半導體裝置之情況時，從大 致τ：之Ρη接面產生之光，大致朝向全部之方向放射， 牛之球面或部份球面狀之外表面朝向外界放射。 卜成冓牛因為具有球狀半導體裝置之直徑之〗/4以上之 度之透光性壁#，覆蓋在球狀半導體裝置之外面側，所以 第8頁 C:\2D-C0DE\91-04\91100844.ptd 1^· 519769 五、發明說明（5) :卜f!:可以發揮光擴散功能…擴大發光源之大小， :和攸發光源放射之光之亮度，成為軟性光的放射到外 在此處可以適當的採用下列之構造。 外(:)構上件述之之:卜Λ構件具有:球形之透光性纟器，形成在該 卜议構件之外表面側部份；#σ充填
内之硬化之透光性合成樹脂構成。 兄異H 射(面5)。在上述外殼構件之外表面形成有多個微小之光亂反 之;;;：·1:之而電且極，件分別連接到上 ^1。對之電極，而且穿通外殼構件延伸到外殼構件之外表罝 (d) 配置多個球狀半導體裝置使其成為多列多 狀，該多個球狀半導體裝置分別被外表面形成球面陣 之外殼構件覆蓋；設置：串聯連接機構，用來電述 接各列或各行之多個球狀半導體裝置；和並)知連 用來電的並聯連接各行或各列之多個球狀半導體3構’ (e) 將多個之球狀半導體裝置配置成為多列、置。 狀，設有導電連接機構用來電的並聯連 巨陣 個球狀半導體裝置；和上述之外殼構件具 或各行之多 之多個外殼部，分別覆蓋在多個球狀半/導體·致為球形 部，與多個之外殼部形成一體。 、置’和板狀 (f) 上述之導電連接機構由網構造中之多個 成，該網構造0個導L被配置 電伽線構 巧/…亥夕個導電線 画_1_關 I I 111 ΙΒ ηγ ΪΚΙΙΙΙΙ·匯 1 1 1 111 iiiiil 11 C:\2D-CODE\9卜〇4\91100844.ptd 519769
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.. 述之球狀半導體裝置具有包含上述pn接面之光電 動勢產生部。 j" 述之球狀半導體裝置具有包含上述pn接面之電光 變換部。 [用以貫施本發明之最佳形態] 了面將苓照圖面用來說明實施本發明之最佳形態。 首先，明作為受光用半導體裝置之組合在太陽電池板之 球狀太陽電池1。另外，該球狀太陽電池1相當於球狀半導 體裝置。 守 圖1表不球狀太陽電池1之擴大剖面，該球狀太陽電池1 由電阻率為1 Qm程度之P型矽單結晶構成，以直徑大約為 0:6 2 · 〇 m m之球狀結晶2作為原材料。該球狀結晶2之下端 形成有直徑大約〇· 6mm之平坦面3，在該球狀結晶2之表面 部形成有使磷（P)擴散之n+型擴散層4(厚度大約為〇.4〜 〇·5 /zm)和大致為球面狀之pn接面5。另外，該平坦面3之 直徑〇· 6mm是直徑2· 〇mm之球狀結晶2之情況時之大小。 在包夾球狀結晶2之中心（大致為球面狀之pn接面5之曲 率中心）之面對之兩個端部，設置i對之電極6, 7(正極6和 負極7)，正極6被配置在平坦面3，正極6連接在球狀結晶 2，負極7連接在n+型擴散層4。除了正極6和負極7外，在 全體表面形成有由Si〇2或η%之絕緣膜構成之防止反射膜 8(厚度大約0· 6〜0· 7 “m)。正極6例如經由燒成鋁糊而形 成’負極7經由燒成銀糊而形成。 依照此種方式，球狀太陽電池丨可以從利用本發明人所
519769 五、發明說明（8) ^之^國專利案第6, 2〇4, 545號公報之方法製作球狀結 6曰曰7，經由形成平坦面3，n+型擴散層4，1對之電極 時，’护\防^止反射膜8而製成。在製作球狀結晶2之情況 子在二二度大約14m之落下管，使作為原料之P型矽之粒 利用ί &之上端側之内部，加熱熔融和自由落下，同時 球狀力之作用保持正球狀的凝固，用來製作大致正 ^ 、、°日日2 另外’球狀結晶2亦可以與落下管益關 機械式之研磨方式等之方式，形成球狀或大;:: 之上^平坦面3之形成可以經由機械式的研磨球狀結晶2 Ϊ = = :成有該平坦面3,所以球狀結晶2難以轉 其次，在彤成了 Γ鉗/吸者，和可以識別正極6和負極7。 晶2之平括面叉散層4之情％時’以Si〇2等遮蔽球狀結 法或上f;: 側部份，在此種狀態利用習知之方 球大二Λ 示之方法’使作為n型雜質之磷⑺在 =Λ擴.對之電極6,7，和防止反射膜8 玻妝女晤雪 ' 述之公報所揭不之方法形成。該 。.5〜UV之光電2 “奐功此，接受太陽光可以產生 下面將說明具有以透光性之外殼構 ^之外面側之構造之成為半導體裝置：太：二太 圖2是上述之太陽電池球1〇 球1 0之構成包含有：球狀太陽 之擴大剖面圖，該太陽電池 電池1，位於中心部；透光性
519769 五、發明說明（9) 之外殼構件11，覆蓋在該太陽電池〗夕从二乂丨 电也1之外面側，且有太陽
電池1之直徑之1/4以上之厚度之读企a时a ^ W X <透光性壁部；和1對之雷 極構件14,15。該外殼構件11用來姆 :釕々屯 μ之光之光量，該外殼構件" = 球狀太陽電 殼狀之容器12 ;和透光性之充填材構上包=透光性之球 10 ^ 凡具材枓13，被充填在該容器 丄Ζ内。 該容器1 2由透明之絕緣性之合出 ,^ χ ϋ成樹脂（例如，聚碳酸 酯，丙烯酸樹脂，聚丙稀酸樹脂 4】細，甲基丙烯酸，矽，聚酯 等）或透明之玻璃構成’其厚度例 曰 要將太陽電池1收容在該容器i 2之內加一二 為者 ⑼以之内部，容器丨2是經由接 著1對之半球狀容器分割體12a用來構成球狀容器。 為著使從外部射入到該容器12之光，極力變多 該容器12内’所以在容器12之外表面形成如圖4所示之尖 銳之角錐狀：微小凹凸12b。該微小凹凸m可以成為如圖 所不之k銳角錐狀I，亦可以成為小曲率半徑之部份凸球 面者。 上述之充填材料13之形成是使透明之絕緣性之合成樹脂 (例如’以甲基丙烯酸樹脂’石夕樹脂作為主成分之充填劑） 以液狀之：態充填到容器12内之I，進行加熱或以紫外線 照射，使其硬化。外殼構件U之透光性壁部之厚度（從容 器12之表面到太陽電池！之厚度）最好為太陽電池！之直徑 之1/4以上，當透光性壁部之厚度小於上述之直徑之1/4 時’不能獲得使光量增大之功能。當外殼構件^透光性 壁部之厚度變成為過大時’未具有使導入到太陽電池k
第13 ΐ 五、發明說明（10) 光之光量增加之部巧 之厚度最好為太陽:、史多，所以外殼構件11之透光性壁部 另外，要減之直徑之1/4〜5倍程度之厚度。 容器12之材料之折面之光之反射時，最好使構成 之合成樹脂材料之k 4、冬力的接近1. 〇，構成充填材料1 3 層之容器構成上^ ^極力的變大。另外，亦可以以多 外側，使光之折射率=構件11之大部份，從中心側朝向 上述之1料率成為階段式的變小。 (例如，銅、銀、或鐘15取好以導電性優良之金屬 成在外殼構件U之沿η構成。其一方之電極構件14穿通形 導電性接著劑，連接：太構件14之前端利用焊劑或 之外端朝向容器1 2之外> &。/之正極6，該電極構件1 4 -方之電極構件15J = J外側突出指定之長度。另外 η』7 :利用烊劑或導電性接著劑連接在太陽電池1 ° 之負極7，電極構件J 5外 W电池；！ 突出指定之長度。 朝向一2之外表面之外側 斜太陽電池球10時，預先準備太陽電池1，1 埴好狀谷益分割體12a，1對之電極構件14，15，和充 3之液狀之原料，首先，將U之電極構件“，15充 衣在球狀太陽電池1，將安裝有該！對之電極構件14 15女 太陽電池，收容在1對之容器分割體12a之内部，然後， 该等之容器分割體1 2a接合成為球狀，以接著劑接合其 道部之接觸面，用來形成球狀容器1 2。 ’' 其次，如圖5所示，使一方之電極構件〗4從容器〗2之— C:\2D-mDE\91-04\91100844.ptd 第14頁 519769 五、發明說明（11) 方之孔洞朝向外部突出，使另外一方之電極構件〗5從容器 1 2之另外一方之孔洞朝向内側離開，在此種設定狀態，如 箭頭所示，將液狀之充填材料之原料充填到容器丨2内，其 次將太陽電池1定位在容器1 2内之中心部，然後例如以紫 外線照射，用來使原料硬化藉以成為充填材料丨3。 下面將說明該太陽電池球1 〇之作用，如圖6所示，當射 入太陽光之情況時，因為外殼構件1丨成為球狀，射入到其 外表面之光經由折射作用被導向中心部，所以利用外殼構 ,1 1之聚光作用’被導入到球狀太陽電池1之光之光量顯 著的增大\而且，由於容器12和充填材料13之境界面之反 射，可以獲得將光封閉在内部之作用，所以球狀太陽電池 1之受光之光量增大。 另外，當在圖6之太陽電池球1〇之容器12之下半部份之 表，=成反射膜之情況時，可以使球狀太陽電池〗之受光 層的增大。圖7表示太陽光斜向西方之狀 :产== 卜殼構件11之外表面為球面，所以以與圖6 之h况大致相同之條件進行受光。 電：m合多個上述之太陽電池球10所構成之太陽 尾 >也板z u。如圖r、阁Q私-^ 有.透光性之绍#,囷所不，5亥太陽電池板2〇之構成包含 ^^10 . ; 構22a，用來串聯連接^等之太成為多列多行·，串聯連接機 獅，用來並聯連接各球t並聯連接機 合成樹脂製之表面覆蓋戶：電池球10 ;和透光性之 盍層23用來覆蓋基板21，串聯連接
519769 五、發明說明（12) 機構2 2 a，和並聯連接機構2 2 b之上側表面。上述之基板21 是例如3 0 cm X 3 0 cm之大小之板，由透明之合成樹脂（例如 聚碳酸酯，丙烯酸樹脂，聚丙烯酸樹脂，曱基丙烯酸， 矽，聚酯等）或透明玻璃構成，其厚度例如為3 · 〇〜5. 〇mm 。在該基板21之上面，為著配置太陽電池球丨〇所以以指定 之間隔形成大致為半球狀之凹部24成為多列多行之矩陣 狀。如圖8所示，上述之串聯連接機構22a和並聯連接機構 22b由多個帶狀導電膜25構成，形成在基板21之上面之平 面部份，平行於列方向。該帶狀導電膜25由透明之導電性 合成樹脂或金屬膜（銅、鎳等）構成。 多個之太陽電池球1 〇之電極構件丨4,丨5使其極性排齊， 平行的朝向所具有之方向，該等之太陽電池球丨〇被裝著在 多列多行之凹部24。例如，正極6側之電極構件14朝向圖8 之上方，負極7側之電極構件1 5朝向圖8之下方，各個電極 構件14, 15利用焊劑或導電性接著材料，連接到對應之 狀導電膜2 5。 " 亦即，各列之多個太陽電池球丨〇，利用其兩侧之帶狀導 電膜2 5並聯連接，各行之多個太陽電池球丨〇經由多個帶狀 導電膜2 5串聯連接。在電流輸出側終端之帶狀導電膜2 5， 連接由金屬薄板構成之正極端子2 6 (外部引線），在該電浐 輸出側終端之帶狀導電膜25和相反側之終端之帶狀導電膜1 2 5，連接與上述者同樣之負極端子2 7 (參照圖丨〇 )。 在上述基板2 1之上側表面中之多個太陽電池球丨〇以外之 部份，形成有由透光性之絕緣性合成樹脂構成之表面覆蓋
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五、發明說明（13) 層23，多個太陽電池球10之上半部成為從表面覆蓋層23突 出之狀態。為著防止光朝向該太陽電池板20之下面側透 過，所以在基板21之下面形成有金屬製之反射膜28。但 疋’反射膜2 8不是必需者，亦可以省略。 在該太陽電池板20，因為可以利用被設在各個太陽電池 球1 0之外殼構件1 1將光聚光，使太陽電池1受光，所以各 個太陽電池1分擔之受光區域可以擴大。因此，各個太陽 電池1之發電量變多，可以提高太陽電池1之利用效率，可 以使太陽電池1之排列間距變大，藉以減少所需要之太陽 電池1之數目。太陽電池板20之各個太陽電池球1〇之上側 表面因為具有半球面狀，所以來自3次元空間之所有之方 向之光’均可以被導入到球狀太陽電池1，即使光之射入 方向有變化之情況時，發電性能亦不會劣化。
在該太陽電池板20，假如將太陽電池球丨〇例如配置成 5列1 0行之情況時，該太陽電池板2 〇之等效電路變成為如、、、 圖10所示，50個之太陽電池球1〇之光電動勢所產生之電漭 變成為從正極端子2 6流向外部電路。 'L
在該太陽電池板20，因為各行之太陽電池球1〇並聯連 接，各列之太陽電池球1 〇串聯連接，所以即使當任何一 ^陽電池球1 0由於故障或陰天而使功能降低或功能停止I U況時，只是該太陽電池球1 〇之光電動勢降低或停止， 常之太陽電池球ίο之輸出具有並聯連接之關係，經由其1 之太陽電池球1 0分流輸出，所以大致不會由於一部份之 陽電池1之故障或功能降低而造成不良之影響，可以成為
C:\2D-' 519769 五、發明說明（14) 可靠度和耐久性優良之太陽電池板2 〇。 在此處如圖11所示，最好在負極端子2 7之附近設置逆流 防止用二極體2 9。亦即，在將該太陽電池板2 〇連接到電池 之丨月況’於仪間该太％電池板2 〇停止作用，當電流從電池 逆流時，太陽電池板2 0會有被破壞之問題，所以利用防止 逆流用二極體2 9用來防止逆電流之流動。 下面將說明上述之太陽電池球丨〇之變更形態。 在圖12所示之太陽電池球1〇a中，代替上述之外殼構件 11者，設置由1種之充填材料構成之外殼構件丨丨A。在製作 忒太陽電池球1 〇 A之情況時，如圖丨3所示，將具有i對之電 極構件14, 15連接到太陽電池！者，設定在金屬模型16, 内，將透光性之絕緣性之熔融狀態之合成樹脂（例如聚碳 酸酿γ丙烯酸樹脂等）注入到金屬模型16，17内之洞穴18 内，I由使其硬化可以製成太陽電池球丨〇A。但是，在該 =電池球10A之外表面，最好形成與圖4同樣之微小 亂反射用之凹凸。 I 明亡述之太陽電池球之另一變更形態。 i 夕=之太陽電池球1〇B中，對外殼構件1 1B，除去 其球體之下部大約1八夕加 構件11B之上側表面來’形成部份球之形狀’外殼 形成為平面狀。外部^構成件 球面，外殼構件11Β之底面 脂材料構成。太陽電：由透光性之絕緣性之合成樹 口Ρ，負極7和正極6分別έ τ 出，連接到負極7之電朽下，正極6從底面稍微的突 電極構件1 5B穿通外殼構件11 B之後，
4 519769 五、發明說明（15) 從其外表面突出。在外殼構件丨1β之底面，金屬努 膜1 9形成從正極6斷開。 χ反射 在該太陽電池球10Β中，對於接受從上方射入之 光性態能，與上述之太陽電池球10，10 ^又 ^船9，所以朝向下方透過之光之光量變少因 即省外殼構件1 1 B之材料，所以可以節省材料費。’ ’、、 1他ijjj)態1.....(參照圖1 5〜圖1 7 ) 下面將說明組合有多個上述之球狀太陽電池〗之太 池板50之其他實施形態。但是， ％電 導體裝置。 疋4太％電池板50相當於半 ，圖15〜圖17所不之太陽電池板5 〇中，配置多個 =池丨成為多列多行之矩陣狀，_電連接機構求用 列或各行之多 成，=51，其構成包含有··大致球形之多個外殼部52，分 ==ί在多個之太陽電池1 ;和板狀部53，與多個外殼部 5 2形成一體。 上述之太陽電池1位於外殼部52之中心部，外殼部52經 由透光II壁部覆盍在太陽電池！之外表面，各個外殼部52 與郴接之外殼部5 2形成一體。外殼部5 2之透光性壁部之厚 度，好為太陽電池1之直徑之1/4以上之厚度。該外殼部52 用來獲得與上述之太陽電池球1〇之外殼構件u同 功 能。 上述之導電連接機構由網構造56中之上述多個導電線54 構成’遠網構造56之構成包含有多個導電線54和被配置成 第19頁 C:\2D-CODE\9l-04\91100844.ptd 519769
、發明說明（16) __ 為與該等導電線54正交之多個絕緣释 56中，沿著太陽電池！之行，每j ^材55。在該網構造 所具有之間隔等於太陽電池i之直秤，'l電線54被配置成為 之每一對之絕緣體線材55被配置搜’ j告著太陽電池1之列 陽電池1之直徑。 、具有之間隔等於太 在製作該太陽電池板50時，預 件57支持外周部之網構造56， 陽：=形J框架構 造56，如圖15所示，配置多個之太陽=電池”在， 成為使多個太陽電池j之正極6朝 化寸，叹疋 向，之右方。在此種情況極7朝 門早而且有效的I者在網構造56。 ,P ^ *焊劑或導電性接著劑將各個太陽電池1之正 /連接到對應之導電線54，和制焊劑 電池1之負極7連接到對應之導電線54。妾其者次』 之二^有夕個^陽電池丨之網構造“設定在射出成形裝置 f ^ 2，孟屬，型，將透光性之絕緣性合成樹脂（例如， ^ 丙烯酸樹脂等）之熔液，注入到該金屬模型内 。二内，用來形成如圖15〜圖17所示之太陽電池板 58 ^ 形成後，從金屬模型中取出成形品，在1點鏈線 U Γ置切斷網構造56之外周部，將其切離框架構造57時 就成為圖1 5所示之狀態。 了 連陽Ξ ?板50，利用由1對之導電線54構成之導電 連接機構’用來並聯連接各行之多個太陽電池i，各行之
519769 五、發明說明（17) 太陽電池1之輸出電壓為0.5〜0.6V。要使太陽電池板50之 輸出電壓變高時，假如經由找出之導電線54在外周部串聯 連接多個行之太陽電池1時，該太陽電池板5〇之等效電路 變成為與圖1 〇所示之電路相同。但是，如圖〗丨所示，亦可 以設置防止逆電流用之1個或多個之二極體。 在該太陽電池板50，基本上可以獲得與上述之太陽電池 板20大致相同之作用。另外，因為具有上下對稱之構造， 來自上方之光和來自下方之光可以同等的受光，所以可以 構成黏貼在窗玻璃之太陽電池板，或代替窗玻璃之太陽電 池板。但疋’當該太陽電池板5 〇接受從上面側射入之光之 情況時，亦可以利用電鍍等之方法，在太陽電池板5〇之下 面形成反射膜。 另外，在該太陽電池板5〇，因為不是準備多個之上述之 太陽電池球1 0將該等組合成板狀，而是使用網構造5 6將多 個太陽電池1組合成板狀，因此利用射出成形用來形成太 陽電池板5 0，所以製造工程數變少，有利於製作費之降低 方面。另外，亦可以以透明之玻璃構成外殼構件5 j。 其他實施形態2.....(參照圖1 8〜圖2 1 ) 下面說明將太陽電池串6 1組合成為板狀之太陽電池板 60，在該太陽串61組合有多個之上述之球狀太陽電池1。 其中該太陽電池串61相當於半導體裝置，該太陽電池板6〇 亦相當於半導體裝置。 如圖1 8、圖1 9所示，太陽電池板60之構成包含有透明之 合成樹脂製之殼體62，和被收容在該殼體62之例如5根之
C:\2D-CODE\9卜04\91100844.ptd 第21頁 519769 五、發明說明（18) 太陽電池串6 1。 殼體62使可收容太陽電池串61之大致為圓筒狀之串收容 部63，5個並排的形成一體，在各個串收容部63之下端形 成有突緣部64。如圖20、圖21所示，太陽電池串61具有^ 多個球狀太陽電池1，被排列成為j行；導 ^ · 用來並聯連接該等之太陽電幻；和外殼構件66接=有65太 陽電池1之直徑之1/4以上之透光性壁部，共同覆蓋在多個 太陽電池1之外面側，和具有圓筒狀之外表面。 太陽電池1與上述之實施形態所說明者相同的，多個太 陽電池1使正極6朝向圖20之左方，負極7朝向圖20之右 方，以此狀態排齊導電方向，配置成為與鄰接之太陽電池 1之間只有稍微之間隙空間之狀態。導電連接機構65被構 建成為以1對之金屬製細導電線6 5 a，6 5 b作為主體。該導電 線65a，6 5b例如以銅、鋁、鎳、銀合金或金合金等構成。 多個太陽電池1之正極6利用焊劑或導電性合成樹脂分別連 接到導電線6 5 a，多個太陽電池1之負極7利用焊劑或導電 性合成樹脂分別連接到導電線65b，該等之太陽電池1和導 電連接機構6 5被透明之外殼構件6 6覆蓋。外殼構件6 6由透 明之絕緣性之合成樹脂（例如聚碳酸酯，聚丙烯酸樹脂， 石夕，聚酯等）構成，但是可以以硬質之合成樹脂構成，亦 可以以軟性之彈性合成樹脂構成。上述之導電線6 5 a，6 5 b 之一纟而部份’從外叙構件6 6犬出指定之長度，可以從該突 出部將電力取出到外部。 該太陽電池串61形成具有長度與上述之殼體62相等，如
519769 五、發明說明（19)
圖24所示，將5個之女阻兩L 串收容部63，如圖18耕％電池串61分別收容在殼體62之5個 將5個之太陽電池串ΪΓΑ’//部/線67進行連接，可以 陽電池串61之光電動埶"妾在此種情況，當各個太 陽電池板60可= ;=°.6V時，利用圖18所示之太 在該太陽電池=Π."之光電動勢。 是球面，但是與上述之外; = 卜表面是圓筒面而不 易將來自各種方向之光導j:11大致同樣的’可以很容 光量增大，可以發揮使：陽2狀太陽電池1 ’用來使受 能。另外，上述=體^:二之者受光了面積丄大之功 電池串61並排接著，亦可以組合^對之個之讀 此處將對使用上述之太陽雷 充說明。太陽電池串61亦可以使用例進行補 形態。例如，當使用作為行動 ==6〇以外之 時’可以將太陽電池串61組合在項鍊、m:之情況 袋、腰帶、帽子、眼鏡等之身上裝飾$。十細套、手提 在此種情況，依照需要假如以敕 外部構件66時，變成為軟性之太帝、弹性5成樹脂構成 個之太陽電池串61配置成為串聯戈严;:串61。另外，將多 聯連接。 衣狀，可以進行電的串 在上述之太陽電池串61，因為將多 連接，所以各個太陽電池串61之杏 之太除電池1並聯 -定(〇· 5〜〇·6V)，所以例如經由串：動勢$電壓變為大致 陽電池串61，可以產生大約3· 〇v外妾5個或6個之太 之先電動勢，經由適當的 C:\2D-raDE\91-04\91100844.ptd 第23頁 M9769
設定串聯連接之* θ 電壓之光電動勢1^電池串61之數目，可以產生所希望之 流很小時，因為w°另外’即使各個太陽電池1所產生之電 池之數目對應:可以產生與組合到太陽電池串61之太陽電 上述之太；雷：流’所以通用性優良。 如亦可以構建成’、串61之構造並不只限於圖中所示者，例 定成為較大，為將太陽電池1和太陽電池1之間之間隔設 在各個太陽電、也!球狀之外殼構件或大致球狀之外殼部覆蓋 橫的=成之， 文战為網狀。 另外，以排列古丄„日Λ 22所干，,有太除電池串61之太陽電池板為例，如圖 圓二構^ 丁 、、體可以構成太陽電池板6 Ο A。 下面將說明轡p u + 實例。 更上述之貫施形態或變更實施形態之各種 狀[2]曰2 i替ΐ ϊ太陽電池1中之由p型矽單結晶構成之球 ，、.，。0曰2者，採用n型矽單結晶構成之球狀結晶，亦可以 P型擴散層用來代替〇型擴散層4。 ^ 正極6和負極7變成相反。 牡匕種丨月况， 面3另不外同狀結晶2形成平坦面3 ’和具有大小與該平坦 °平旦面（位於該平坦面3之相反側，成為盥平扭 面3平行之平坦面），亦可以在該平坦面設置負極7 了 = -疋’邊寻平坦面不是必需者，亦可以省略。 另外，代替球狀結晶2者，亦可以使所採用之球士曰 之構造成為在内部具有絕緣材料製之球狀之 、、、σ曰曰 ^ 丁何料，以
C:\2D-roDE\91-〇4\9l100844.ptd 第24頁 519769 五、發明說明（21) 半導體之單結晶覆蓋該芯子材料之外表面。 [2 ] 代替上述太陽電池板3 0中之印刷基板者，亦可以 採用由陶瓷配線基板，或金屬配線玻璃基板，或透明合成 樹脂板構成之片狀體。另外，利用太陽電池板30中之接 線，可以用來電連接太陽電池1。 [3 ] 在上述之實施形態中所說明者是以太陽電池球， 太陽電池板，太陽電池串等受光用半導體裝置為例，但是 對於發光球，發光板，發光串等之發光用半導體裝置亦同 樣的可以使用本發明。 在發光用半導體裝置之情況，可以製作：半導體裝置， 代替上述之球狀太陽電池1者，經由組合利用電光變換發 光之粒狀之發光二極體（LED)，可以從太陽電池球發光； 半導體裝置’從太陽電池板平面的發光；和半導體裝置， 從太陽電池串發光。該發光二極體可以採用本案發明人在 美國專利案第6, 204, 545號公報提案之球狀發光二極體或 構造與其類似之發光二極體。 / 下面將說明量子井構造之球狀發光二極體之一實例。 圖23所示之球狀發光二極體70(相當於球狀半導體裝置） 具有·透明之球狀藍寶石71 (例如，直徑為〇 · 6〜〇mm); 緩衝層72，由形成在該球狀藍寶石71之表面成為薄膜狀之 球面狀之GaN(鎵氮化物）構成；球面狀之n型GaN層73，形 成在該緩衝層72之表面成為薄膜狀；發光層74，由 該η型GaN層73之表面成為薄膜狀之球面狀之^州銦鎵氮 化物）構成；球面狀之!5型(^1^層75，形成在該發光層以之
519769 五、發明說明（22) 表面成為薄膜狀；和1對之電極76, 77 (陽極76和陰極77) 等。上述之緩衝層72或發光層74可以利用MOCVD法等之習 知之方法形成在球狀藍寶石7丨之表面。 陽極76和陰極77被設置成為排在一直線上，形成包夾球 狀發光二極體70之中心，陽極76和陰極77位於球狀發光二 極體70之兩端部。由電阻性接點構成之陽極76連接在p型 G a N層7 5 ’由電阻性接點構成之陰極7 7連接在^型a n層 73。在該發光二極體π中，當在從陽極76朝向陰極口之順 方向有電流流動時，從pn接面近傍，產生依照發光層Μ之 材料之波長之光，朝向外部放射。 f用以形成上述之發光層之InxGa^Nt，當In之成分X增 加％，發光波長變長。例如，當χ = 〇 · 2時，發出波長入 Ρ色 藍色光，當Χ = 〇·45時，發出波長又P = 520nm之綠 與發光用半導體裝置相當之發光用球8〇之構成包含有： 光-極體70 ;外殼構件81 ’具有球狀發光二極體7〇 ^ 以上之厚度之透光性壁部，覆蓋在該球狀發 2 之之雷外面側，被構建成其外表面為球面或部份球 極76,77，突出到外殼構件81之外面 83利用，電性接著劑連接到負極77。上述之外殼構件μ由 之5之合成樹脂(例如環氧樹脂等)構成。從球狀 發先二極體7〇之發光層74產生之光（如圖中之箭頭所^狀 第26頁 C:\2D-00DE\91-04\91100844.ptd 519769
如圖所示，包含穿通球狀藍 放射。這時，在球狀發光二 件8 1之全體表面放射，所以 光之免度降低’變成為放射 需要在外殼構件8 1混入用來 璃粉末等）。 寳石71之光，朝向全部之方向 極體70產生之光因為從外殼構 發光源擴大，從發光源放射之 軟性之光。另外，亦可以依照 使光擴散之擴散劑（例如，玻 亦可以使用上述之發光球8 〇作為單獨之發光裝置，但甘 ，狀發光二極體70或發光球80亦可以構建成為如上述:= 陽電池板2 0、50、6 0所示之發光板，亦可以構建成為如上 述之太陽電池串61之發光串。另外，亦可以構建成為在發 光球80或發光板或發光串之單面設置發射膜，只朝向該& 面之相反側發光。另外，球狀發光二極體7〇只是一實例， 亦可以使用發紅色光，發白色光，或發其他各種色之光之 發光二極體。 另外，代替上述之球狀藍寶石71者，亦可以採用球狀之 GaN結晶體，在此種情況，可以省略上述之GaN製之緩衝層 72 〇 [4] 上述之球狀太陽電池1所說明之實例是以矽之半導 體製成受光用半導體單元’但是亦可以利用SiGe，GaAs和 其化合物，InP和其化合物’ CuInSe2和其化合物，CdTe和 其化合物等之半導體，用來構成具有光電變換功能之受光 用半導體單元。 另外，當經由組合發光用半導體單元用來構成發光用半 導體模組之情況時，亦可以利用GaAs和其化合物’ InP和
C:\2D-CODE\91-04\91100844.ptd 第27頁 519769 五、發明說明（24) 其化合物，GaP和其化合物，GaN和其化合物，S i C和其化 合物等之半導體，用來構成具有電光變換功能之發光用半 導體單元。 元件編號之說明 1 球 狀 太 陽 電 池 2 球 狀 結 晶 3 平 坦 面 4 n+ 型· 擴_ 散> 層 5 pn 接 面 6、 7 電 極 8 防 止 反 射 膜 10 太 陽 電 池 球 11 外 殼 構 件 12 容 器 13 充 填 材 料 14 、15 電 極 構 件 20 、50 太 陽 電 池 板 56 網 構 造 61 太 陽 電 池 串 70 球 狀 發 光 二 極
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圖面用來表示本發明之實施例。 狀半導體裝置之擴大剖面圖。 圖2疋太陽電池球之擴大剖面圖。 =ί 之太陽電池球之擴大側面圖。 :::威構件之主要部份擴大剖面圖。 填剖面圖，用來表示將液狀之透明合成樹脂充 填到谷器之内部之狀態。 =6圖7疋太陽電池球之擴大剖面圖，分別用來說明受 光時之光之動作。 圖8疋將圖2之太陽電池球配置成為多列多行之太陽電池 板之主要部份之擴大平面圖。 圖9是圖8之IX-ΙΧ線擴大圖。 圖1〇,圖8之太陽電池板之等效電路之電路圖。 圖11疋對圖1 〇之等效電路進行部份變更後之等效電路部 份圖。 圖1 2 ^變更例之太陽電池球之擴大剖面圖。 θ圖1 3是用以成形圖丨2之太陽電池球之金屬模型和球狀太 陽電池及1對之電極構件之擴大剖面圖。 圖1 4是另一變更例之太陽電池球之擴大剖面圖。 圖1 5〜圖1 7有關於另一實施形態之太陽電池板，圖丨5是 太陽電池板之主要部份擴大平面圖，圖16是圖15iXVI 一 XVI線剖面圖，圖17是圖15iXVII—χνιι線剖面圖。 圖1 8〜圖21有關於另一實施形態之太陽電池板和太陽電 池串’圖1 8是太陽電池板之平面圖，圖19是殼體之側面
C:\2D-C0DE\91-04\91100844.ptd 第29頁 519769 圖式簡單說明 圖，圖20是太陽電池串之擴大剖面圖，圖21是圖20之 XXI-XXI線剖面圖。 圖2 2是變更例之太陽電池板之部份擴大側面圖。 圖2 3是另一實施形態之發光球之擴大剖面圖。
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Claims (1)

  1. 519769 六、申請專利範圍 發1光：； = ;;光用半導體“，包含具有受光功能或 至夕之一之球狀半導體裝置，其特徵是： 之丰霉2狀半導體裝置具備有··外形為球狀之Ρ型或η型 I =、、、α晶；ρη接面，在該半導體結晶之 面狀；和1對之電極，連接在該Ρη接面之兩二 而土位於兩侧成為包細接面之曲率中心；和雨而 以t ί 2 Ϊ構件’具有上述球狀半導體裝置之直徑之1/4 侧，壁部’覆蓋在球狀半導體裝置之外面 構建成為其外表面形成球面或部份球面。 立2中圍第1項之受光或發光用半導體震置， ^ ^ w件之外表面形成為球面，該外殼構件且 成真材抖’以填到該容器内之硬化之透光性合成樹脂構 %，:請專利範圍第！項之受光或發光用半導 =在上述外殼構件之外表面形成有多個微小之光a置反射 導4體圍第1至3項中任一項之受光或發光用半 ^ ^ ，、中6又有1對之電極構件分別連接到上述球狀 2體裝置之!對之電極，而且穿通上述之 = 到外殼構件之外表面。 舟什延伸 導5體nr圍第1至3項中任-項之受光或發光用半 配置多個球狀半導體裝置使其成為多列多行之矩陣狀，
    C:\2D-CQDE\91-04\91100844.ptd 第31頁 519769
    置刀別被外表面形成球面之上述之外 該多個球狀半導體裝 殼構件覆蓋；和 設有：串聯連接機構’用來電 多個球狀半導體裝置· 甲p逑接谷夕』次各仃之 ^ f 並聯連接機構，用來電的並聯連 接各订或各列之多個球狀半導體裝置。 聯迷 其6中如申請專利範圍第1項之受光或發光用半導體裝置， 多個球狀半導體裝置 有電連接機構用來電 半導體裝置；和 被配置成為多列多行之矩陣狀，設 的並聯連接各列或各行之多個球狀 亡，，外殼構件具有：大致為球形之多個外殼部，分別 ::在二個球狀半導體裝置；和板狀部，肖多個之外 形成一體。 7·如申請專利範圍第6項之受光或發光用半導體裝置， 二中上述之導電連接機構由網構造中之多個導電線構成， 該網構造由多個導電線和被配置成為與該多個導電線正交 之多個絕緣體線材構成。 l 一種受光或發光用半導體裝置，包含具有受光功能或 發光功能之多個球狀半導體裝置，其特徵是： 上述之各個球狀半導體裝置具備有：外形為球狀之ρ型或 η型之半導體結晶；ρη接面，在該半導體結晶之表層部， $致形成為球面狀；和1對之電極，連接在該ρη接面之兩 端’而且位於兩侧成為包夾ρη接面之曲率中心；上述之多 個球狀半導體裝置配置成為1行之形狀，設有導電連接機
    C:\2D-C0DE\91-04\91100844.ptd
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    申請專利範圍 構=!!並聯連接該多個之球狀半導體裝置；和 半導體裝置之直徑之1/4以上之厚/面和 覆蓋在多個球狀半導體裝置之外面:之透先性壁部，共同 發9光：用半導體褒£，包含具有受光功能或 ^九力此之夕個球狀半導體裝置，其特徵是· 上述之各個球狀半導體裝置具備 / = η型之半導體处曰 啕·外形為球狀之ρ型或 大致护/Β曰妾面，在該半導體結晶之表層部， 端，：it狀；和1對之電極，連接在該叩接面之兩 而且位於兩側成為包夾ρη接面之曲 上述之多個球狀半導體妒置 _ 電連接機槿U —置成為多個行，設有導 冤運接機構以仃為早位用來電的並聯 之多個球狀半導體裝置；和 妾^夕個订之各個 設有外殼構件，呈古命ρ、+、^ 同等以上之尸 ^有^、上述球狀半導體裝置之直徑大致 導體裝置之壁冑’成為共同覆蓋多個球狀半 別覆蓋多個行之球狀半導體裝置。之夕個固柱部，分 10·如申請專利範圍第J至3、6至9 發光用半導體裝置，盆由μ.+，々+貝甲任項之又先或 上述ρη接面之光電動勢產生部。球狀半導體裝置具有包含 上述ρη接面之電球狀半導體裝置具有包含
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