WO2007091294A1 - 受光又は発光用半導体モジュール - Google Patents

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    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a light receiving or light emitting semiconductor module in which a plurality of spherical semiconductor elements having a light receiving or light emitting function are electrically connected in series and in parallel to achieve high output.
  • the inventor of the present application has proposed a semiconductor element having positive and negative electrodes facing each other across a center as a spherical semiconductor element having a light receiving or light emitting function, as shown in W098Z15983.
  • a solar cell module with a structure in which a plurality of devices connected in series were provided and these semiconductor elements were buried in a synthetic resin material.
  • the semiconductor element is spherical, a spherical pn junction is formed in the surface layer portion, and positive and negative electrodes are provided at the center of each surface of the p-type region and n-type region forming the pn junction. Yes.
  • the inventor of the present application arranges the above spherical semiconductor elements in a plurality of rows and a plurality of columns, and the semiconductor elements in each row are electrically conductive members and solders.
  • the semiconductor elements in each row are electrically conductive members and solders.
  • the present inventor further provides a semiconductor module having a light receiving or light emitting function as shown in WO03Z036731 and having a structure in which a plurality of semiconductor elements are embedded in a synthetic resin material. Proposed.
  • Patent Document 1 W098Z15983
  • Patent Document 2 Publication of WO02 / 35612
  • Patent Document 3 WO02Z35613 Publication
  • Patent Document 4 WO03 / 017382
  • Patent Document 5 WO03 / 036731
  • An object of the present invention is a light-receiving or light-emitting semiconductor module applicable as a solar cell module or a light-emitting module incorporating a plurality of granular semiconductor elements having light-receiving or light-emitting functions, which can be reused and regenerated.
  • An object of the present invention is to provide a light receiving or emitting semiconductor module that can be easily repaired.
  • the semiconductor module for light reception or light emission of the present invention is a semiconductor module having a light reception or light emission function, and is arranged on the support substrate in a plurality of rows on the support substrate and with the conduction direction aligned in the column orthogonal direction.
  • a plurality of granular semiconductor elements having a light receiving or light emitting function, and a plurality of U-shaped bowl-shaped metal plate panel members having a light reflection function and a conductive function, and adjacent plate panel members.
  • a plurality of plate panel members disposed in parallel to sandwich a plurality of semiconductor elements in each row between the free ends of the plurality of semiconductor elements, and a plurality of semiconductor elements in each row And a conductive connection mechanism that is connected in parallel via a plurality of plate panel members and that connects a plurality of rows of semiconductor elements in series via a plurality of plate panel members.
  • a support substrate a plurality of granular semiconductor elements having a light receiving or light emitting function arranged in a plurality of rows on the support substrate and having a conductive direction aligned in a column orthogonal direction, a light reflecting function and a conductive function
  • a plurality of u-shaped bowl-shaped metal plate panel members having a substantially inverted cross-section, and a plurality of plate panel members arranged in parallel to each other between the free ends of adjacent plate panel members.
  • Conductor configured to sandwich semiconductor elements, wherein a plurality of semiconductor elements in each row are connected in parallel via a plurality of plate panel members, and a plurality of semiconductor elements in a plurality of rows are connected in series via a plurality of plate panel members. Since the connection mechanism is provided, the following effects can be obtained.
  • a semiconductor element can be held at an intended position by a plurality of plate panel members, and a plurality of semiconductor elements in each row are connected in parallel by a conductive connection mechanism that effectively utilizes the plurality of plate panel members.
  • a plurality of semiconductor elements in a row can be connected in series. Therefore, the configuration for positioning and holding the plurality of semiconductor elements and the configuration for connecting the plurality of semiconductor elements in series and in parallel can be greatly simplified.
  • the conductive connection mechanism does not require soldering or a conductive adhesive, it is possible to reduce equipment and manufacturing cost for manufacturing a semiconductor module.
  • disassembling a used semiconductor module it is possible to recover the semiconductor elements and plate panel members by disassembling them without disassembling the semiconductor elements. It can be done.
  • the plate panel member also has a large surface area to volume ratio, so the heat dissipation capability is high, the temperature rise in the light receiving or light emitting module is low, and the photoelectric conversion efficiency is suppressed from decreasing. As a result, the durability of the light receiving or light emitting module can be enhanced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a solidified silicon crystal according to an example of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a silicon crystal with a protrusion cut.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a silicon crystal on which a silicon oxide film is formed. [4] A cross-sectional view of a silicon crystal from which a silicon oxide film is partially removed.
  • [5] A cross-sectional view of a silicon crystal in which a pn junction is formed with an n-type diffusion layer.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a silicon crystal on which a silicon oxide film is formed.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a solar battery cell.
  • FIG. 8 is a plan view of a support substrate of a solar cell module according to an example.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line IX—IX in FIG.
  • FIG. 10 is a plan view of an outer peripheral frame and a rubber packing frame.
  • FIG. 11 is a sectional view taken along line XI—XI in FIG.
  • FIG. 12 is a plan view of a solar cell module.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line ⁇ - ⁇ in FIG.
  • FIG. 14 is an enlarged plan view of a main part of the solar cell module.
  • FIG. 15 is a sectional view taken along line XV—XV in FIG.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line XVI—XVI in FIG.
  • FIG. 17 is an operation explanatory view showing a part of FIG. 15 in an enlarged manner.
  • FIG. 18 is an equivalent circuit diagram of a solar cell module.
  • FIG. 19 is a view corresponding to FIG. 13 of a solar cell module according to a modification.
  • FIG. 20 is a plan view of a plate panel member to which a plurality of solar cells are fixed in advance in a solar cell module according to a modification.
  • the present invention relates to a light receiving or light emitting semiconductor module including a plurality of granular semiconductor elements having a light receiving or light emitting function.
  • a plurality of The semiconductor element is configured to be individually separable.
  • a solar cell module (light-receiving semiconductor module) according to an example will be described.
  • the structure of a spherical silicon solar battery cell (semiconductor element) and its manufacturing method will be described with reference to FIGS.
  • the structure of the spherical silicon solar cell and the manufacturing method thereof will be briefly described since the inventor of the present application has disclosed in WO03Z017382.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a p-type spherical silicon crystal 1 (single crystal or polycrystal) having a diameter of 1.0 to 2.0 mm.
  • the silicon raw material is melted in a crucible provided on the upper end side of the dropping tube, and a silicon droplet is discharged from the tip of the crucible nozzle, and the droplet is dropped. Allow the liquid to fall about 14m freely in the tube, cool the droplets spheroidized by surface tension in the middle of dropping, solidify into spherical crystals, and collect at the lower end of the drop tube.
  • the silicon crystal 1 in this embodiment is a single crystal silicon force.
  • the solidified part in the solidification process may become a protrusion as shown in FIG. This protrusion is removed and polished into a spherical shape.
  • the surface portion of the spherical silicon crystal 1 is flatly polished to form a reference surface lb, which is defined as a silicon crystal la.
  • the diameter of this silicon crystal la is about 1.8 mm.
  • a silicon oxide film 2 is formed on the entire surface of the silicon crystal la by a known thermal oxidation method.
  • the silicon oxide film 2a is left on the reference surface lb and its periphery, and the silicon oxide film 2 on the other surfaces is removed.
  • This silicon oxide film 2a is used as a mask for impurity diffusion performed in the next step.
  • the method of leaving the silicon oxide film partially in this way by masking is a known technique.
  • the exposed p-type surface lc force is thermally diffused by a known thermal diffusion method.
  • an n-type layer 3 is provided to form a substantially spherical pn junction 3a.
  • a substantially spherical pn junction 3a is formed except for the reference surface lb and its periphery.
  • the silicon oxide film formed incidentally during the thermal diffusion of the n-type impurity is once removed by a known chemical etching technique, and again heated in an atmosphere containing oxygen, as shown in FIG. In this way, a silicon oxide film 4 having a predetermined thickness is formed on the entire surface of the silicon crystal la, and this is used as an antireflection film.
  • This is processed at a high temperature for a short time to penetrate the silicon oxide film 4 and, as shown in FIG. 7, is brought into ohmic contact with the reference surface lb of the p-type silicon and the surface of the n-type layer 3, respectively.
  • the negative electrode 6 is formed, and the solar battery cell 10 is obtained.
  • the positive electrode 5 and the negative electrode 6 are located opposite each other across the center of the silicon crystal la, and the center of the silicon crystal la is located on the line connecting the center of the positive electrode 5 and the center of the negative electrode 6.
  • the spherical pn junction 3a is formed at a certain depth from the surface of the silicon crystal la, it can be seen from all directions. Photoelectric conversion is performed with substantially the same light sensitivity to the incident light. Incidentally, in such a spherical light emitting diode provided with a spherical pn junction, a constant light is radiated in all directions of the spherical surface by the electric energy input from the positive electrode 5 in the same manner.
  • this solar cell module 20 includes a support substrate 21 arranged on the lower surface side, a large number of solar cells 10 arranged in four rows on the support substrate 21, and 4 Column 5 plate panel members 22 arranged in parallel to the row direction, outer peripheral frame 23, rubber packing frame 24, light transmitting case plate 25 on the upper end side, and a plurality (for example, 8 pieces) of each row
  • a conductive connection mechanism 26 for connecting solar cells in parallel and connecting a plurality of (for example, 32) solar cells 10 in a plurality of rows (for example, 4 rows) in series and a plurality of bolts and nuts 39 are provided.
  • FIG. 8 shows a support substrate 21, 32 solar cells 10 arranged in a matrix of 8 rows and 4 columns on the support substrate 21, and an array of 8 rows and 4 columns.
  • the bolt holes 32a to 32d for connection are shown.
  • 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG.
  • the solar cell module 20 of the present embodiment is a power that will be described by taking as an example a module equipped with solar cells 10 arranged in a matrix of 8 rows and 4 columns for the sake of convenience. It is configured as a module incorporating solar cells 10 arranged in a matrix of several hundred rows and several tens or hundreds of columns.
  • the support substrate 21 is a white ceramic substrate having a thickness of about 5 mm, but a synthetic resin support substrate or a tempered glass support substrate can also be used.
  • 32 concave portions 27 are formed in a matrix of 8 rows and 4 columns corresponding to the solar cells 10 arranged in a matrix of 8 rows and 4 columns.
  • the concave portion 27 is formed by sandblasting or molding using a mold, but the inner surface shape of the concave portion 27 is close to a substantially hemispherical surface so as to reflect as much light as possible toward the solar battery cell 10! In other words, a silver reflecting film 27a having a high light reflectance is formed on the inner surface of the recess 27.
  • Each concave portion 27 is filled with a resilient member 34 (filler) that also has weak adhesiveness, flexibility, and elasticity, such as a transparent synthetic resin (for example, silicone rubber), and the upper surface of the resilient member 34 is
  • the upper surface force of the support substrate 21 is also formed horizontally at a position lower by a distance substantially equal to the radius of the solar battery cell 10.
  • the positive electrode 5 and the negative electrode 6 of the solar battery cell 10 are close to the upper surface of the support substrate 21.
  • Each of the 32 solar cells 10 is placed in a state where it is exposed to the side, lightly pressed against the surface of the concave member 34 of the concave portion 27, and the solar cell by the adhesive force of the elastic member 34 10 positions are held stably.
  • a silver-plated copper printed wiring having a thickness of 0.05 to 0.1 mm is printed on the frame-shaped region 35 outside the cell arrangement region 33 of the support substrate 21, as shown in FIG.
  • a positive electrode coating 28 and a negative electrode coating 29 that also have a copper printed wiring force are formed on the right side portion and the left side portion of the frame-like region 35, respectively.
  • Three sets of electrode coatings 30a to 30c that are electrically connected to the two panel panel members 22 are formed.
  • vertical bolt holes 31 for assembly are formed.
  • a conductive connection plate ( Bolt holes 32a and 32b for series connection for connecting (not shown) are formed.
  • a conductive connection plate (not shown) is connected to the front end and the rear end in FIG. 8 of the support substrate 21 when a plurality of solar cell modules 20 are arranged in the front-rear direction and connected in parallel via the electrode coatings 30a to 30c.
  • Parallel connection bolt holes 32c and 32d are formed.
  • the outer peripheral frame 23 is a ceramic square frame having a thickness of about 3 mm.
  • a square opening 36 corresponding to the cell arrangement region 33 is formed, and silicone rubber or butyl rubber or A fluororubber coating 37 (thickness of about 0.1 to 0.2 mm) is formed.
  • a rubber packing frame 24 made of butyl rubber having a thickness of about 1 mm is placed on the outer peripheral frame 23.
  • Bolt holes 38 for assembly are formed at the four corners of the rubber packing frame 24 and the outer peripheral frame 23.
  • the plate panel member 22 is made of an elastic thin metal plate (for example, a thin metal plate made of beryllium copper alloy) and has an inverted U-shaped cross-section.
  • the entire surface of the plate spring member 22 is formed as a light reflecting surface having a high reflectance.
  • the pair of free ends at the lower end of the plate panel member 22 has a horizontal contact surface with a very small width and a vertical contact surface with a very small width.
  • the connecting flange portion 22a is physically formed. If necessary, a light reflection coating may be formed on the entire surface of the plate panel member 22 by means of plating or the like.
  • the length of the plate panel member 22 is formed longer than the front and rear widths of the cell arrangement region 33, and the plate panel member 22 is arranged in a bridging manner on the electrode coatings 30a to 30c before and after the cell arrangement region 33.
  • the end is connected to one of the front electrode films 30a to 30c, and the rear end is connected to one of the rear electrode films 30a to 30c.
  • the lateral width of the panel panel member 22 (the distance between the vertical contact surfaces of the connection flange portions 22a) is the positive of the two adjacent rows of solar cells 10. It is set slightly smaller than the distance between electrode 5 and negative electrode 6. This is to prevent the displacement of the panel panel member 22 by applying a force from the panel panel member 22 to the solar battery cell 10 when the panel panel member 22 is assembled.
  • the five plate panel members 22 are assembled in the region between the three rows of the four rows of solar cells 10, and one plate panel member 22 has eight pieces in the rightmost row.
  • the panel panel member 22 is mounted between the eight leftmost solar cells 10 and the inner peripheral surface of the outer peripheral frame 23. Assembled into. Then, the eight solar cells 10 in each row are sandwiched between the connection flange portions 22a of the two adjacent plate panel members 22, and each connection flange portion 22a is electrically connected to the corresponding positive electrode 5 or negative electrode 6. Connected.
  • the plate panel member 22 is assembled so that the front and rear end portions in FIG. 8 are in contact with the corresponding front and rear electrode coatings 3 Oa to 30c, and a light transmitting case plate 25 is assembled thereon.
  • the case plate 25 is made of a colorless and transparent white reinforced glass having a thickness of about 3 mm.
  • the outer shape of the case plate 25 is the same as the outer shape of the outer peripheral frame 23, and bolt holes (not shown) corresponding to the bolt holes 31 and 38 are formed at the four corners of the case plate 25.
  • Case plate 25 has 4 rows of rods corresponding to 4 rows of solar cells 10 The convex lens portions 25a are formed, and are guided by the convex lens portions 25a toward the solar cells 10 in each row.
  • a concave engagement portion 25b that engages with the top of the plate panel member 22 is formed at the boundary between the convex lens portion 25a and the convex lens portion 25a on the lower surface of the case plate 25.
  • a bolt 39 is passed through bolt holes 31, 38 at the four corners of the support substrate 21, the outer peripheral frame 23, the rubber packing frame 24, and the case plate 25, and a bolt 39 is passed through the nut (not shown) on the lower surface side. They are assembled together by fastening.
  • each plate panel member 22 receives a pressing force from the concave engagement portion 25b of the case plate 25 through the compression deformation of the rubber packing frame 24, so that a pair of lower end portions of each plate panel member 22 is paired.
  • the connection flange portion 22a moves in a direction away from each other while being in contact with the upper surface of the support substrate 21 and the electrode coatings 30a to 30c, the positive electrode coating 28, the negative electrode coating 29, etc.
  • the positive contact 5 or the negative electrode 6 of the solar battery cell 10 is strongly contacted to ensure an electrical connection state.
  • FIG. 18 shows an equivalent circuit of the solar cell module 20, in which 8 ⁇ 4 solar cells 10 are connected in series and in parallel by a mesh structure circuit. Even if some solar cells 10 fail due to failure, poor connection, shade, etc., there is a bypass circuit that bypasses the solar cell 10 that has stopped functioning. The output of all the solar cells can be reliably taken out. The reliability of the solar cell module 20 can be ensured.
  • the light incident perpendicularly to the case plate 25 and the convex lens portion 25a is mainly collected by the convex lens portion 25a, reflected by the surface of the plate panel member 22, and incident on the solar battery cell 10 for photoelectric conversion. Is done. Further, the light passing between the solar cells 10 is diffusely reflected on the inner surface of the recess 27 and incident on the solar cells 10 to be photoelectrically converted.
  • the convex lens portions 25a corresponding to the solar cells 10 in each row are formed on the case plate 25, the degree of reflection of light incident on the case plate 25 in an inclined manner is reduced, and the case is reduced. The decrease in output due to the increase in the incident angle of light to the glass plate 25 is reduced.
  • the plate spring member 22 has a large surface area ratio relative to its volume, the temperature rise in the solar cell module 20 having a high heat dissipation capability is reduced, and the photoelectric conversion efficiency of the solar battery cell 10 is reduced. As a result, the durability of the solar cell module 20 can be increased.
  • the solar cell module 20 When disposing of the solar cell module 20 after use, remove the four bolts 39 to remove the support substrate 21, outer peripheral frame 23, rubber packing frame 24, case plate 25, multiple plate panel members 22, multiple solar panels. Since the battery cell 10 can be disassembled into pieces, the main parts such as the solar battery cell 10, the plate panel member 22, and the case plate 25 can be reused and recycled. When repairing the solar cell module 20, it can be disassembled in the same way and performed easily and efficiently.
  • the soldering connection process is unnecessary, and the soldering equipment can be omitted, and the energy required for soldering can be saved. can do. In addition, no thermal fatigue or deterioration of the joint due to soldering occurs.
  • this solar cell module 20 there is a light collecting function by the convex lens portion 25 a, and light incident on the solar cell 10 by the plurality of plate panel members 22 and the reflection and light guiding effects by the plurality of concave portions 27.
  • the light generated by the light emitting diode element force can be efficiently emitted to the outside as described above.
  • the recess 27 has a function of efficiently emitting light to the outside.
  • the elastic member 34 filled in the concave portion 27 allows light to pass through and allows solar power during assembly. It functions effectively for positioning and holding the pond cell 10.
  • the internal space force supporting substrate 21 that accommodates the solar cells 10, the outer peripheral frame 23, the rubber packing frame 24, the coating 37, and the case plate 25 are hermetically sealed from the outside. . Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the solar battery cell 10 due to the outside air, and it is excellent in heat insulation and sound insulation. Since the support substrate 21 is made of ceramic and the case plate 25 is made of tempered glass, the solar cell module 20 is excellent in mechanical strength, heat resistance, and fire resistance. It can be applied as a building material.
  • the positive electrode coating 28 and the negative electrode coating 29 exposed on the outer surface of the solar cell module 20 are provided with bolt holes 32a and 32b for series connection, a plurality of solar cell modules 20 are arranged in the horizontal direction in FIG.
  • the output voltage can be increased by simply connecting in series via a conductive connection plate (not shown).
  • the electrode coatings 30a to 30c exposed on the outer surface of the solar cell module 20 and the parallel connection bolt holes 32d are provided, a plurality of solar cell modules 20 are arranged in the front-rear direction (column direction) in FIG.
  • the output current can be increased by easily connecting in parallel via a conductive connection plate (not shown).
  • the solar cell module 20 has a conductive connection mechanism 26 that connects a plurality of solar cells 10 in series and parallel to the mesh structure, so that some of the solar cells 10 are Even if the function is stopped due to a failure, poor connection, shade, etc., there is a detour circuit that bypasses the solar cell 10 that has stopped functioning. The output can be reliably taken out. The reliability of the solar cell module 20 can be ensured.
  • the support substrate 21 may be made of any material such as polycarbonate (PC), PMMA, glass cloth base epoxy resin, metal enamel, and insulating substrate that can be easily molded and wired. However, it is desirable to form a reflective coating with a light reflecting function on the entire surface or part of the surface.
  • the elastic member 34 filled in the recess 27 may be made of either transparent and sticky polyvinyl butyral or ethylene butyrate (EVA)! /.
  • FIG. In order to easily connect a plurality of solar cell modules 20 in series, for example, FIG. As shown in Fig. 4, a stepped portion 21a is formed at the right end portion of the support substrate 21 of the solar cell module 20, and the positive electrode coating 28A is extended to the upper surface of the stepped portion 21a, and at the left end portion of the support substrate 21. Forms a raised portion 21b with the lower half removed, and extends the negative electrode coating 29A to the lower surface of the raised portion 2 lb.
  • the light transmissive case plate 25 may be made of a synthetic resin such as polycarbonate, acrylic, or silicone that is easy to mold and difficult to break.
  • the convex lens portion 25a is not essential and may be omitted, and the outer surface of the case plate 25 may be formed flat.
  • the height of the panel panel member 22 may be reduced to a height of about 1Z2 or 1Z3 of the illustrated panel panel member 22.
  • the plate panel member 22 may be made of a known spring material such as carbon steel, phosphor bronze, tungsten steel, nickel steel, foreign silver, or stainless steel.
  • one electrode of the plurality of solar battery cells 10 (for example, the negative electrode 6 in the illustrated example) is made conductive to one connection flange member 22a of the panel panel member 22.
  • the plate panel member 22 with the solar battery cell 19 may be arranged on the upper surface of the support substrate 21 when the solar battery module 20 is assembled by pre-adhering with an adhesive or a lead-free solder. . If this structure is adopted, the assembling work for assembling the solar cell module 20 becomes very easy.
  • the plate panel member 22 and the solar battery cell 10 can be recovered in the form shown in FIG. 20, and thus reused in that form. be able to.
  • the fixing part by the conductive adhesive can be decomposed by a chemical solution, and the fixing part by the lead-free solder can be decomposed by heating.
  • the outer peripheral frame 23 may be made of glass cloth base epoxy resin or polycarbonate! /.
  • the rubber packing frame 24 may be made of silicone rubber or fluorine-based rubber.
  • a module incorporating a plurality of light emitting diode elements instead of the plurality of solar cells is a light emitting module having a surface emitting function.
  • the light-receiving or light-emitting semiconductor module of the present invention can be effectively used for solar cell panels and light-emitting panels.

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Abstract

　太陽電池モジュール２０において、支持基板２１と外周枠とラバーパッキン枠とガラス製のケース板２５とで囲繞される内部空間には、８行４列のマトリックス状に導電方向を揃えて整列された太陽電池セル１０と、断面略逆Ｕ形の５枚の板バネ部材２２とが収容され、板バネ部材２２の下端部に１対の接続フランジ部２２ａが形成されている。各列の複数の太陽電池セル１０の両側に板バネ部材２２が配置され、それら両側の板バネ部材２２の接続フランジ部２２ａの間に８個の太陽電池セル１０が挟持されて並列接続され、４列の太陽電池セル１０は、５枚の板バネ部材２２により直列接続され、正電極被膜２８と負電極被膜２９から出力を取り出すことができる。

Description

受光又は発光用半導体モジュール
技術分野
[0001] 本発明は、受光又は発光機能を備えた複数の球状の半導体素子を電気的に直列 且つ並列接続して高出力化を図った受光又は発光用半導体モジュールに関する。 背景技術
[0002] 本願発明者は、 W098Z15983号公報に示すように、受光又は発光機能のある 球状半導体素子であって中心を挟んで対向する正負の電極を有する半導体素子を 提案し、複数の半導体素子を直列接続したものを複数本設け、それら複数の半導体 素子を合成樹脂材料の中に埋没させた構造の太陽電池モジュールを提案した。この 太陽電池モジュールでは、半導体素子が球状で、表層部に球面状の pn接合が形成 され、正負の電極が pn接合を形成する p形領域および n形領域の各表面の中心部に 設けられている。
[0003] 本願発明者は、 WO02Z35612号公報、 WO02Z35613号公報、 WO03/017 382号公報に示すように、上記の球状半導体素子を複数行複数列に配置して各行 の半導体素子を導電部材とハンダ又は導電性接着剤により並列接続し、各列の半 導体素子をリード部材とハンダにより直列接続し、それらを合成樹脂材料の中に埋め 込んだ構造の太陽電池モジュールを提案した。
[0004] 本願発明者は、さらに、 WO03Z036731号公報に示すような、受光又は発光機 能のある半導体モジュールであって、複数の半導体素子を合成樹脂材料の中に埋 め込んだ構造の半導体モジュールを提案した。
[0005] 近年、大気汚染、地球温暖化などの環境問題や化石燃料の枯渴問題に対して再 生可能なクリーンなエネルギー源として太陽電池の利用が増大して 、る。省エネルギ 一、省資源の観点力も照明光源としての発光ダイオードの利用も増えつつある。 材料資源や製造で消費するエネルギーを少なくすることもその必要性が高まってい る。
[0006] 特許文献 1 :W098Z15983号公報 特許文献 2： WO02/35612号公報
特許文献 3： WO02Z35613号公報
特許文献 4： WO03/017382号公報
特許文献 5： WO03/036731号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 従来の太陽電池モジュールや発光ダイオードディスプレーでは、多数の粒状の半 導体素子をハンダゃ導電性接着剤などで導電部材に接続すると共に、全体を透明 な合成樹脂製のカバーケース (外囲器）内に埋め込んだ構造のモジュールが採用さ れていた。このため、太陽電池モジュールを廃棄処分する際に、多数の半導体素子 をカバーケース力も分離して回収することが出来な力つた。それ故、廃棄する太陽電 池モジュールや発光ダイオードディスプレーから半導体素子を回収して再利用する ことは困難であり資源や自然環境面に配慮した解決が要請されて!ヽる。
[0008] 近い将来、上記のような半導体素子が大量に実用に供されると、劣化や寿命到来 のため取り替えある!/、は廃棄処分する量も必然的に増加するため、資源や自然環境 への負荷が大きくなる可能性がある。特にこれらに使用されている鉛含有ノ、ンダ材料 の使用は、規制されるようになった。
本発明の目的は、複数の粒状の受光又は発光機能のある半導体素子を組み込ん だ太陽電池モジュールや発光モジュールとして適用可能な受光又は発光用半導体 モジュールであって、複数の半導体素子を再利用、再生、修理が容易な受光又は発 光用半導体モジュールを提供することである。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明の受光又は発光用半導体モジュールは、受光又は発光機能を有する半導 体モジュールにおいて、支持基板と、前記支持基板上に複数列に且つ導電方向を 列直交方向に揃えて配置された受光又は発光機能を有する複数の粒状の半導体素 子と、光反射機能と導電機能を有する断面ほぼ逆 U形の樋状の複数の金属製の板 パネ部材であって、隣接する板パネ部材の自由端部間に各列の複数の半導体素子 を挟む状態に平行に配設された複数の板パネ部材と、各列の複数の半導体素子を 複数の板パネ部材を介して並列接続し且つ複数列の複数の半導体素子を複数の板 パネ部材を介して直列接続する導電接続機構とを備えたことを特徴としている。 発明の効果
[0010] 支持基板と、支持基板上に複数列に且つ導電方向を列直交方向に揃えて配置さ れた受光又は発光機能を有する複数の粒状の半導体素子と、光反射機能と導電機 能を有する断面ほぼ逆 u形の樋状の複数の金属製の板パネ部材を設け、平行に配 設された複数の板パネ部材によって、隣接する板パネ部材の自由端部間に各列の 複数の半導体素子を挟むように構成し、各列の複数の半導体素子を複数の板パネ 部材を介して並列接続し且つ複数列の複数の半導体素子を複数の板パネ部材を介 して直列接続する導電接続機構を設けたため、次の効果が得られる。
[0011] 複数の板パネ部材によって半導体素子を所期の位置に保持することができ、複数 の板パネ部材を有効活用した導電接続機構によって、各列の複数の半導体素子を 並列接続し、複数列の複数の半導体素子を直列接続することができる。そのため、 複数の半導体素子を位置決めして保持する為の構成と、複数の半導体素子を直列 且つ並列に接続する構成とを非常に簡単ィ匕することができる。
[0012] 導電接続機構は、ハンダ付けや導電性接着剤を必要としないため、半導体モジュ ールを製造する設備と製造コストを低減することができる。使用後の半導体モジユー ルを分解する際にも、複数の板パネ部材を解体することで、半導体素子を傷つけるこ となく回収することができるから、半導体素子や板パネ部材を回収して再利用するこ とがでさる。
し力も、板パネ部材は、その体積に対する表面積の割合が大きいため、熱放散能 力が高ぐ受光又は発光用モジュール内の温度上昇が低くなり、光電変換効率ゃ電 光変換効率の低下が抑制され、受光又は発光用モジュールの耐久性を高めることが できる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明の実施例に係る凝固状態のシリコン結晶の断面図である。
[図 2]突起を切断したシリコン結晶の断面図である。
[図 3]シリコン酸ィ匕膜が形成されたシリコン結晶の断面図である。 圆 4]シリコン酸ィ匕膜を部分的に除去したシリコン結晶の断面図である。
圆 5]n形拡散層と pn接合を形成したシリコン結晶の断面図である。
[図 6]シリコン酸ィ匕被膜を形成したシリコン結晶の断面図である。
[図 7]太陽電池セルの断面図である。
[図 8]実施例に係る太陽電池モジュールの支持基板の平面図である。
[図 9]図 8の IX— IX線断面図である。
[図 10]外周枠とラバーパッキン枠の平面図である。
[図 11]図 10の XI— XI線断面図である。
[図 12]太陽電池モジュールの平面図である。
[図 13]図 12の ΧΠΙ - ΧΙΠ線断面図である。
[図 14]太陽電池モジュールの要部拡大平面図である。
[図 15]図 14の XV— XV線断面図である。
[図 16]図 14の XVI— XVI線断面図である。
[図 17]図 15の一部を拡大図示した動作説明図である。
[図 18]太陽電池モジュールの等価回路図である。
[図 19]変更例に係る太陽電池モジュールの図 13相当図である。
[図 20]変更例に係る太陽電池モジュールにおける複数の太陽電池セルを予め固着 した板パネ部材の平面図である。
符号の説明
5 正極
6 負極
10 太陽電池セル
20 太陽電池モジュール
21 支持基板
22 板パネ部材
22a 接続フランジ部
23 外周枠
24 ラバーパッキン枠 25 ケース板
25a 凸レンズ部
25b 凹状係合部
26 導電接続機構
27 凹部
28 正電極被膜
29 負電極被膜
30a, 30b, 30c 電極被膜
34 弾力部材
発明を実施するための最良の形態
[0015] 本発明は、受光又は発光機能のある複数の粒状の半導体素子を備えた受光又は 発光用半導体モジュールに関するものであり、この半導体モジュールを廃棄したり修 理したりする際に、複数の半導体素子を個別に分離可能に構成したものである。 実施例 1
[0016] 次に、実施例に係る太陽電池モジュール (受光用半導体モジュール）について説 明する。図 1〜図 7に基づいて、球状のシリコン太陽電池セル (半導体素子)の構造と その製造方法にっ 、て説明する。この球状のシリコン太陽電池セルの構造とその製 造方法は、本願の発明者が WO03Z017382号公報に開示しているので簡単に説 明する。
[0017] 図 1は、直径が 1.0〜2.0 mmの p形の球状シリコン結晶 1 (単結晶または多結晶）の 断面図である。粒状シリコン結晶 1を製作する際には、シリコン原料を落下管の上端 側に設けた坩堝内で溶融させ、この坩堝のノズルの先端カゝらシリコンの液滴を吐出し 、その液滴を落下管内で約 14m自由落下させ、落下途中で表面張力で球状化した 液滴を冷却して球状結晶に凝固させ、落下管の下端側において回収する。この実施 例のシリコン結晶 1は単結晶シリコンである力 その凝固過程で最後に凝固した部分 が図 1に示すような突起となる場合がある。この突起を取り除き球状に研磨する。
[0018] 図 2に示すように、球状のシリコン結晶 1の表面部分を平坦に研磨加工して基準面 lbを形成し、シリコン結晶 laとする。このシリコン結晶 laの直径は約 1.8 mmである。 次に、図 3に示すように、シリコン結晶 laの表面全体に公知の熱酸化の方法により シリコン酸ィ匕膜 2を形成する。次に、図 4に示すように、基準面 lbとその周辺にシリコ ン酸ィ匕膜 2aを残し、それ以外の表面のシリコン酸ィ匕膜 2を除去する。このシリコン酸 化膜 2aは、次の工程で行う不純物拡散のマスクとして利用する。尚、マスキングによ りこのように部分的にシリコン酸ィ匕膜を残すやり方は既に公知の技術である。
[0019] 図 4,図 5に示すように、シリコン酸ィ匕膜 2aを拡散マスクとして、公知の熱拡散法によ り、露出した p形表面 lc力 その表層部に n形不純物を熱拡散して n形層 3を設け、 ほぼ球面状の pn接合 3aを形成する。こうして、基準面 lbとその周辺を除きほぼ球面 状の pn接合 3aが形成される。 n形不純物を熱拡散する間に付随的に生成されたシリ コン酸ィ匕膜は、公知の化学的エッチング技法により一旦除去し、再度、酸素を含む雰 囲気中で加熱し、図 6に示すように、シリコン結晶 laの全面に所定の厚さのシリコン 酸化膜 4を形成し、それを反射防止膜とする。
[0020] 次に、平坦な基準面 lb (p形）と、シリコン結晶 laの中心を挟んで基準面 lbに対向 するシリコン結晶の先端 (n形)の位置に銀を主成分とするペーストをドット状にプリン トする。これを高温で短時間処理してシリコン酸化膜 4を貫通させ、図 7に示すように p 形シリコンの基準面 lb、n形層 3の表面とにォーミックコンタクトさせてそれぞれ正電 極 5、負電極 6を形成し、太陽電池セル 10が得られる。正電極 5と負電極 6はシリコン 結晶 laの中心を挟んで対向する位置にあり、正電極 5の中心と負電極 6の中心とを 結ぶ線上にシリコン結晶 laの中心が位置している。
[0021] 上記のようにして製作した粒状かつ球状の太陽電池セル 10は、シリコン結晶 laの 表面から一定の深さの部位に球面状の pn接合 3aが形成されているため、あらゆる方 向からの入射光に対してほぼ同じ受光感度で光電変換する。尚、このような球面状 の pn接合を設けた球状の発光ダイオードにおいては、正極 5から入力される電気工 ネルギ一により、同様に球面のあらゆる方向に一定の光を放射する。
[0022] 次に、上記の球状の太陽電池セル 10を多数組み込んで直列且つ並列接続した構 造の太陽電池モジュール 20について、図 8〜図 18に基づいて説明する。
図 8〜図 12に示すように、この太陽電池モジュール 20は、下面側に配置された支 持基板 21と、この支持基板 21上に 4列に配置された多数の太陽電池セル 10と、 4列 の列方向と平行に配置された 5つの板パネ部材 22と、外周枠 23と、ラバーパッキン 枠 24と、上端側の光透過性のケース板 25と、各列の複数 (例えば 8個）の太陽電池 セルを並列接続し且つ複数列（例えば 4列）の複数 (例えば 32個）の太陽電池セル 1 0を直列接続する導電接続機構 26と、複数のボルト'ナット 39などを備えている。
[0023] 図 8には、支持基板 21と、この支持基板 21上に 8行 4列のマトリックス状に整列され た 32個の太陽電池セル 10と、 8行 4列のマトリックス状に配置された凹部 27と、支持 基板 21の外周部の表面に形成された正電極被膜 28と負電極被膜 29と複数の電極 被膜 30a〜30cと、組み立て用のボルト穴 31、導電接続板（図示略)を接続する為の ボルト穴 32a〜32dなどが図示されている。図 9は、図 8の IX— IX線断面図である。
[0024] 32個の太陽電池セル 10の導電方向は列と直交する方向に向けて揃えられており 、図 8において、正電極 5が太陽電池セル 10の右側面中央部に位置し、負電極 6が 太陽電池セル 10の左側面中央部に位置するように整列されている（図 14、図 15参 照)。尚、本実施例の太陽電池モジュール 20は、説明の便宜上、 8行 4列のマトリック スに整列された太陽電池セル 10を装備したモジュールを例として説明する力 実際 にはより多くの数 10又は数 100の行数と数 10又は数 100の列数のマトリックスに整 列された太陽電池セル 10を組み込んだモジュールに構成される。
[0025] 支持基板 21は、厚さ 5mm程度の白色のセラミック製の基板であるが、合成樹脂製 の支持基板や強化ガラス製の支持基板も採用可能である。この支持基板 21の中央 側のセル配置領域 33には 8行 4列にマトリックス配列された太陽電池セル 10に対応 する 8行 4列のマトリックス状に 32個の凹部 27が形成されている。凹部 27はサンドブ ラストや金型による成形で形成されるが、凹部 27の内面形状は、太陽電池セル 10の 方へ極力多くの光を反射させるように略半球面に近!、回転体面 (例えば、回転放物 線面又は回転楕円面）の形状であり、凹部 27の内面には光反射率の高い銀の反射 膜 27aが形成されている。
[0026] 各凹部 27には、弱い粘着性と柔軟性と弾力性のある透明合成樹脂 (例えば、シリコ ーンゴム)力もなる弾力部材 34 (充填材)が充填され、その弾力部材 34の上面は、支 持基板 21の上面力も太陽電池セル 10の半径とほぼ等しい距離だけ低い位置に水 平に形成される。太陽電池セル 10の正電極 5と負電極 6とが、支持基板 21の上面近 傍部に露出状態になるようにして、 32個の太陽電池セル 10の各々力 凹部 27の弹 カ部材 34の表面に軽く押し付けた状態に配置され、弾力部材 34の粘着力により太 陽電池セル 10の位置が安定的に保持される。
[0027] 支持基板 21のうちのセル配置領域 33の外側の枠状領域 35には、厚さが 0. 05〜 0. 1mmの銀メツキした銅印刷配線が印刷され、図 8に示すように、この枠状領域 35 の右側部位と左側部位には、銅印刷配線力もなる正電極被膜 28と負電極被膜 29が 形成され、枠状領域 35の前側部位と後側部位には、夫々、 3つの板パネ部材 22に 電気的に接続される 3組の電極被膜 30a〜30cが形成されている。支持基板 21の 4 隅には、組み立て用の立向きのボルト穴 31が形成されている。
[0028] 支持基板 21の図 8における右端部と左端部には、複数の太陽電池モジュール 20 を左右方向に並べて正電極被膜 28又は負電極被膜 29を介して直列接続する際に 導電接続板（図示略)を連結する為の直列接続用ボルト穴 32a, 32bが形成されてい る。支持基板 21の図 8における前端部と後端部には、複数の太陽電池モジュール 2 0を前後方向に並べて電極被膜 30a〜30cを介して並列接続する際に導電接続板 ( 図示略)を連結する為の並列接続用ボルト穴 32c, 32dが形成されている。
[0029] 図 10、図 11には、外周枠 23と、ラバーパッキン枠 24とが図示されている。外周枠 2 3は厚さ 3mm程度のセラミック製の正方形の枠体であり、セル配置領域 33に対応す る正方形の開口 36が形成され、外周枠 23の下面には、シリコーンゴム又はブチルゴ ム又はフッ素ゴム製の被膜 37 (厚さ約 0. 1〜0. 2mm)が形成されている。外周枠 23 の上には厚さ約 lmmのブチルゴム製のラバーパッキン枠 24が載置される。このラバ ーパッキン枠 24と外周枠 23の 4隅部には、組み立て用のボルト穴 38が形成されてい る。ラバーパッキン枠 24と外周枠 23を支持基板 21上に重ね合わせてから、支持基 板 21のセル配置領域 33に、図 12〜図 16に示すように、 5つの板パネ部材 22を組 み付ける。
[0030] 図 12〜図 16に示すように、板パネ部材 22は、弾性を有する薄金属板 (例えば、ベ リリウム銅合金製の薄金属板)を用いて、断面逆 U形の樋状の構造に製作され、板バ ネ部材 22の全表面は反射率の高い光反射面に形成されている。板パネ部材 22の 下端の 1対の自由端部には、微小幅の水平接触面と、微小幅の縦接触面とを有する 接続フランジ部 22aがー体的に形成されている。尚、必要に応じて、板パネ部材 22 の全表面に光反射被膜をメツキ等で形成してもよ 、。
[0031] 板パネ部材 22の長さはセル配置領域 33の前後幅よりも長く形成され、板パネ部材 22はセル配置領域 33の前後の電極被膜 30a〜30cに架橋状に配置され、その前 端部が前側の電極被膜 30a〜30cの 1つに接続され、その後端部が後側の電極被 膜 30a〜30cの 1つに接続される。
[0032] 板パネ部材 22を組み付けな 、状態にぉ 、て、板パネ部材 22の左右幅 (接続フラン ジ部 22aの縦接触面間距離）は、隣接する 2列の太陽電池セル 10の正電極 5と負電 極 6間の距離より僅かに小さく設定されている。これは、板パネ部材 22の組み付け時 に板パネ部材 22から太陽電池セル 10に力を作用させて位置ズレが発生するのを防 止する為である。
[0033] 支持基板 21のセル配置領域 33の 8行 4列のマトリックス状の 32個の凹部 27に 32 個の太陽電池セル 10を組み付けた状態において、外周枠 23を組み付け、外周枠 2 3と同形のラバーパッキン枠 24を外周枠 23の上面に組み付けると共に 5つの板パネ 部材 22を組み付ける。
[0034] 5つの板パネ部材 22のうち 3つの板パネ部材 22は、 4列の太陽電池セル 10の 3つ の列間領域に組み付けられ、 1つの板パネ部材 22は最右列の 8個の太陽電池セル 1 0と外周枠 23の内周面との間に組み付けられ、 1つの板パネ部材 22は最左列の 8個 の太陽電池セル 10と外周枠 23の内周面との間に組み付けられる。そして、隣接する 2つの板パネ部材 22の接続フランジ部 22a間に各列の 8個の太陽電池セル 10を挟 む状態にし、各接続フランジ部 22aが対応する正電極 5又は負電極 6に電気的に接 続される。板パネ部材 22の図 8における前後の両端部が対応する前後の電極被膜 3 Oa〜30cに接触する状態に組み付け、その上に光透過性のケース板 25を組み付け る。
[0035] 図 13、図 15に示すように、ケース板 25は、厚さ約 3mmの無色透明の白色強化ガ ラス製のものである。平面視において、ケース板 25の外形は外周枠 23の外形と同じ であり、ケース板 25の 4隅部には、ボルト穴 31, 38に対応するボルト穴（図示略）が 形成されている。ケース板 25には、 4列の太陽電池セル 10に対応する 4列のロッド状 の凸レンズ部 25aが形成されており、各凸レンズ部 25aにより各列の太陽電池セル 1 0の方へ導光するように構成されている。ケース板 25の下面のうちの、凸レンズ部 25 aと凸レンズ部 25aの境界部には、板パネ部材 22の頂部に係合する凹状係合部 25b が形成されている。
[0036] 次に、支持基板 21と外周枠 23とラバーパッキン枠 24とケース板 25の 4隅部のボル ト穴 31, 38に上方力もボルト 39を揷通して下面側においてナット（図示略）を締結す ることにより、それらが一体的に組み立てられる。このとき、ラバーパッキン枠 24の圧 縮変形を介して、各板パネ部材 22がケース板 25の凹状係合部 25bから押圧力を受 けるため、各板パネ部材 22の下端部の 1対の接続フランジ部 22aが、支持基板 21の 上面および電極被膜 30a〜30c、正電極被膜 28、負電極被膜 29等に接触した状態 で相互に離間する方向へ移動し、接続フランジ部 22aが各列の太陽電池セル 10の 正電極 5又は負電極 6に強力に接触し電気的な接続状態が確保される。
[0037] 図 18は、太陽電池モジュール 20の等価回路を示し、 8行 4列の太陽電池セル 10が メッシュ構造の回路により直列且つ並列に接続されている。一部の太陽電池セル 10 力 故障や接続不良や日陰等の原因により機能停止したとしても、その機能停止し た太陽電池セル 10を迂回する迂回回路が存在するため、機能停止してない正常な 全ての太陽電池セルの出力は確実に外部へ取り出すことができる。太陽電池モジュ ール 20の信頼性を確保することできる。
[0038] 次に、太陽電池モジュール 20の動作について説明する。
図 17に示すように、ケース板 25と凸レンズ部 25aに垂直に入射する光は、主として 凸レンズ部 25aで集光され、板パネ部材 22の表面で反射されて太陽電池セル 10に 入射し光電変換される。また、太陽電池セル 10の間を通過した光は凹部 27の内面 で乱反射され太陽電池セル 10に入射して光電変換される。
[0039] 一方、ケース板 25と凸レンズ部 25aに垂直に且つ凸レンズ部 25aの中心に入射す る光の大部分は太陽電池セル 10に直接入射し、一部の光は凹部 27の内面で乱反 射して太陽電池セル 10に入射し光電変換される。ケース板 25を透過した光は、ケー ス板 25の下面、板パネ部材 22の外面又は内面、凹部 27の内面、太陽電池セル 10 の表面で多重反射を繰り返して力も太陽電池セル 10に吸収され光電変換される。こ のように、閉じられた空間内で光が効率的に太陽電池セル 10に導光されるため、効 率を高め出力を大きくすることができる。
[0040] ここで、ケース板 25に各列の太陽電池セル 10に対応する凸レンズ部 25aを形成し たため、ケース板 25に対して傾斜状に入射する光の反射の度合いが少なくなり、ケ ース板 25に対する光の入射角の増大に対する出力低下が少なくなる。し力も、板バ ネ部材 22は、その体積に対する表面積の割合が大きいため、熱放散能力が高ぐ太 陽電池モジュール 20内の温度上昇が低くなり、太陽電池セル 10の光電変換効率の 低下が抑制され、太陽電池モジュール 20の耐久性を高めることができる。
[0041] 次に、以上説明した太陽電池モジュール 20の作用、効果について説明する。
太陽電池モジュール 20を使用後に廃棄する場合には、 4本のボルト 39を外すこと により、支持基板 21、外周枠 23、ラバーパッキン枠 24、ケース板 25、複数の板パネ 部材 22、複数の太陽電池セル 10をバラバラに分解することができるため、太陽電池 セル 10、板パネ部材 22、ケース板 25などの主要な部品の再利用、再資源化を図る ことができる。太陽電池モジュール 20の修理の際にも同様に分解して簡単に能率的 に行うことができる。
[0042] 太陽電池モジュール 20には、ハンダ付けを一切採用して ヽな 、ので、ハンダ付け による接続工程が不要であり、そのハンダ付け用の設備を省略でき、ハンダ付けに要 するエネルギーを節減することができる。し力も、ハンダ付けによる接合部の熱疲労 や劣化が生じることもない。
[0043] この太陽電池モジュール 20では、凸レンズ部 25aによる集光機能があるうえ、複数 の板パネ部材 22と、複数の凹部 27による反射作用と導光作用により太陽電池セル 1 0に入射する光の量が増大する。それ故、少ない数の太陽電池セル 10により大きな 出力を得ることができ、太陽電池モジュール 20の製造コストを大幅に低減することが できる。 また、太陽電池セル 10の代わりに発光ダイオード素子を組み込んだ発光モ ジュールの場合にも、前記と同様に、発光ダイオード素子力 発生した光を効率よく 外部へ出射することができる。この場合、凹部 27は光を効率よく外部へ出射させる機 能を奏する。
[0044] 凹部 27に充填された弾力部材 34は、光を透過させるうえ、組み立ての際に太陽電 池セル 10の位置決めと保持に有効に機能する。
[0045] この太陽電池モジュール 20では、太陽電池セル 10を収容する内部空間力 支持 基板 21、外周枠 23、ラバーパッキン枠 24、被膜 37、ケース板 25により外界に対して 気密封止されている。それ故、外気による太陽電池セル 10の劣化を防止することが でき、断熱、遮音作用に優れる。支持基板 21がセラミック製であり、ケース板 25が強 化ガラス製であるので、太陽電池モジュール 20の機械的強度に優れ、耐熱、耐火性 が高いため、太陽電池モジュール 20を壁や屋根や庇などの建材として適用すること ができる。
[0046] 太陽電池モジュール 20の外面に露出した正電極被膜 28と負電極被膜 29と直列 接続用ボルト穴 32a, 32bを設けてあるため、複数の太陽電池モジュール 20を図 12 における左右方向に並べ、図示外の導電接続板を介して簡単に直列接続し、出力 電圧を高めることができる。同様に、太陽電池モジュール 20の外面に露出した電極 被膜 30a〜30cと、並列接続用ボルト穴 32dを設けてあるため、複数の太陽電池モジ ユール 20を図 12における前後方向（列方向）に並べ、図示外の導電接続板を介して 簡単に並列接続し、出力電流を増大させることができる。
[0047] し力も、太陽電池モジュール 20は、図 18に示すように複数の太陽電池セル 10をメ ッシュ構造に直列並列接続する導電接続機構 26を有するため、一部の太陽電池セ ル 10が、故障や接続不良や日陰等の原因により機能停止したとしても、その機能停 止した太陽電池セル 10を迂回する迂回回路が存在するため、機能停止してない正 常な全ての太陽電池セルの出力は確実に外部へ取り出すことができる。太陽電池モ ジュール 20の信頼性を確保することできる。
[0048] 上記の太陽電池モジュール 30を部分的に変更する例について説明する。
[1]支持基板 21は、成形が容易で配線が可能なポリカーボネイト（PC)、 PMMA、 ガラス布基材エポキシ榭脂、金属ホウロウ、絶縁基板などの何れかの材料で構成して もよい。但し，その表面の全面又は一部に光反射機能のある反射被膜を形成するこ とが望ましい。また、凹部 27に充填する弾力部材 34は、透明で粘着性のあるポリビ 二ルブチラール、エチレンビュルアセテート（EVA)の何れかで構成してもよ！/、。
[0049] [2]複数の太陽電池モジュール 20を簡単に直列接続できるように、例えば、図 19 に示すように、太陽電池モジュール 20の支持基板 21の右端部に段落ち部 21aを形 成して、正電極被膜 28Aを段落ち部 21aの上面まで延長すると共に、支持基板 21の 左端部には下半部を除去した段上り部 21bを形成して、負電極被膜 29Aを段上り部 2 lbの下面まで延長する。
[0050] 複数の太陽電池モジュール 20を図 12における左右方向に並べて直列接続する際 には、太陽電池モジュール 20の段落ち部 21aに、右側に隣接する太陽電池モジュ ール 20の左端の段上り部 21bを重ねて、正電極被膜 28Aに負電極被膜 29Aを接触 させ、直列接続用ボルト穴 32aに通したボルトを締結することにより電気的に直列接 続する。尚、複数の太陽電池モジュール 20を前後方向に並べて並列接続する構造 も上記と同様に構成することができる。
[0051] [3]光透過性のケース板 25は、成形が容易で割れにくいポリカーボネイト、アクリル 、シリコーンなどの合成樹脂で構成してもよい。尚、凸レンズ部 25aは、必須のもので はなく省略し、ケース板 25の外側表面を平面に形成しもよ 、。
[4]板パネ部材 22の高さを縮小し、図示の板パネ部材 22の 1Z2又は 1Z3程度の 高さに構成してもよい。また、板パネ部材 22は、公知のバネ材である炭素鋼、リン青 銅、タングステン鋼、ニッケル鋼、洋銀、ステンレス鋼で構成してもよい。
[0052] [5]図 20に示すように、板パネ部材 22の片方の接続フランジ部材 22aに複数の太 陽電池セル 10の一方の電極 (例えば、図示の例では負電極 6)を導電性接着剤又は 無鉛ノヽンダにより予め固着しておき、太陽電池モジュール 20の組立ての際、この太 陽電池セル 19付きの板パネ部材 22を支持基板 21の上面に配置するように構成して もよい。この構造を採用すれば、太陽電池モジュール 20を組立てる組立て作業が非 常に簡単になる。
[0053] このような構造の太陽電池モジュール 20を廃棄する際、図 20に示した形態で板バ ネ部材 22と太陽電池セル 10を回収することができるから、その形態のまま再利用す ることができる。尚、板パネ部材 22から太陽電池セル 10を分離する必要がある場合 には、前記の導電性接着剤による固着部位は薬液により分解でき、無鉛ノヽンダによ る固着部位は加熱により分解できる。
[0054] [6]外周枠 23は、ガラス布基材エポキシ榭脂ゃポリカーボネイトで構成してもよ!/、。 また、ラバーパッキン枠 24は、シリコーンゴムやフッ素系ゴムで構成してもよい。
[7]上記の球状の太陽電池セル 10の代わりに、 WO99Z10935号公報に記載し たような、球状の芯材 (コア)の表面に薄膜半導体層を成膜し、 pn接合を形成した構 造の太陽電池セルや発光ダイオード素子を採用してもよ!ヽ。上記の複数の太陽電池 セル の代わりに複数の発光ダイオード素子を組み込んだモジュールは、面発光機 能のある発光モジュールである。
[0055] [8]前記実施例は一例を示すものに過ぎず、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱 することなぐ前記実施例を部分的に変更して実施可能である。
産業上の利用可能性
[0056] 本発明の受光又は発光用半導体モジュールは、太陽電池パネルや発光パネルに 有効活用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 受光又は発光機能を有する半導体モジュールにお 、て、
支持基板と、
前記支持基板上に複数列に且つ導電方向を列直交方向に揃えて配置された受光 又は発光機能を有する複数の粒状の半導体素子と、
光反射機能と導電機能を有する断面ほぼ逆 u形の樋状の複数の金属製の板パネ 部材であって、隣接する板パネ部材の自由端部間に各列の複数の半導体素子を挟 む状態に平行に配設された複数の板パネ部材と、
各列の複数の半導体素子を複数の板パネ部材を介して並列接続し且つ複数列 の複数の半導体素子を複数の板パネ部材を介して直列接続する導電接続機構と、 を備えたことを特徴とする受光又は発光用半導体モジュール。
[2] 複数の半導体素子と複数の板パネ部材の外周側を囲繞する外周枠が支持基板上 に配置され、前記複数の半導体素子と複数の板パネ部材と外周枠の上面を覆う光 透過性のケース板であって、前記支持基板と外周枠に固定解除可能に固定されるケ ース板が設けられ、
前記ケース板により複数の板パネ部材の頂部を押圧して前記導電接続機構におけ る複数の接触部の電気的接続を確保するように構成したことを特徴とする請求項 1に 記載の受光又は発光用半導体モジュール。
[3] 前記半導体素子は、球状に形成され且つ正極と負極に夫々球の中心を挟んで対 向する正電極と負電極とが形成され、正電極と負電極が前記板パネ部材の自由端 部に接触するように構成されたことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の受光又は発 光用半導体モジュール。
[4] 前記ケース板の表面側部分には、複数列に対応する複数のロッド状の凸レンズ部 がー体的に形成されたことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の受光又は発光用半 導体モジュール。
[5] 前記支持基板のうちの複数の半導体素子の下方に対応する部位に、略半球状に 窪んだ複数の凹部が形成され、各凹部には光透過性の弾力部材が収容され、前記 半導体素子は弾力部材の表面に配置されていることを特徴とする請求項 1又は 2に 記載の受光又は発光用半導体モジュール。
[6] 前記ケース板と外周枠との間にラバーパッキン枠が圧縮状態に設けられたことを特 徴とする請求項 2に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
[7] 前記支持基板の外周部の上面には、前記半導体モジュールの正極及び負極とし ての正電極被膜及び負電極被膜が外周枠の外側へはみ出すように形成されている ことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
[8] 前記支持基板の外周部の上面には、複数の板パネ部材に夫々電気的に接続され る複数の電極被膜が前記外周枠の列方向両端の外側へはみ出すように形成されて いることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
[9] 前記板パネ部材の下端の 1対の自由端部には、半導体素子の正電極又は負電極 に接触させる為の接続フランジ部が夫々形成されていることを特徴とする請求項 2に 記載の受光又は発光用半導体モジュール。
[10] 前記ケース板の内面には、複数の板パネ部材の頂部に夫々当接する複数の凹状 係合部が形成されていることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の受光又は発光用 半導体モジュール。
[11] 前記各列の半導体素子の正電極又は負電極が板パネ部材の自由端部に電気的 に接続した状態にして予め固着され、前記受光又は発光用半導体モジュールの組 立ての際に上記の半導体素子付きの板パネ部材が組み込まれることを特徴とする請 求項 3に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
[12] 前記半導体モジュールが太陽電池モジュールであることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
[13] 前記半導体モジュールが発光ダイオードモジュールであることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の受光又は発光用半導体モジュール。
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