受光或發光用半導體模塊的製作方法

2023-06-25 21:26:51 1

專利名稱：受光或發光用半導體模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種將具備受光或發光功能的多個數球狀半導體組件電性 串聯且並聯耦接，達到高輸出化的受光或發光用半導體模塊。
背景技術：
本案發明如W098/15983號公報所示，揭露了具受光或發光功能的球狀 半導體組件，且具有包夾中心呈相對向正負極的半導體組件，並揭露設置多 條將多個半導體組件串聯耦接的組件，再將該等多個半導體組件埋藏於合成 樹脂材料中的構造的太陽電池模塊。該太陽電池模塊中的半導體組件呈球 狀，且表層部形成球面狀pn接合，而正負極設置於形成pn接合的p形區域 與n形區域各表面中心處。
本案發明者在如WO02/35612號公報、WO02/35613號公報、 WO03/017382號公報中，有揭露將上述球狀半導體組件採數列數行配置，並 將各列半導體組件利用焊錫或導電性黏著劑而與導電構件並聯耦接，且將各 行半導體組件利用焊錫而與導線構件串聯耦接，然後將該等埋藏於合成樹脂 材料中的構造的太陽電池模塊。
本案發明者更在WO03/036731號公報中有揭露具受光或發光功能的半 導體模塊，將多個半導體組件埋藏於合成樹脂材料中的構造的半導體模塊。
近年，針對空氣汙染、地球暖化等環保問題、化石燃料枯竭問題等，利 用可再生潔淨能源的太陽電池有增加趨勢。就從省能源、省資源觀點出發， 在照明光源方面利用發光二極體也有增加趨勢。減少材料資源及製造時所消 耗能源的必要性也提升。

發明內容
現有技術中的太陽電池模塊與發光二極體顯示器系採取將多數粒狀半 導體組件，利用焊錫、導電性黏著劑等耦接於導電構件的同時，將整體埋藏於透明合成樹脂制護套(外圍器)內的構造的模塊。所以，當太陽電池模塊報 廢處理時，並無法將多數半導體組件從護套中分離開並回收。因此，將頗難 從報廢的太陽電池模塊或發光二極體顯示器中，回收半導體組件並再利用， 因而要求考慮資源、自然環境層面的解決方案。
未來若將如上述的半導體組件大量提供實用，隨劣化、壽命終結等的因 素，而進行更換或報廢處理的數量必定增加，因而將有對資源、自然環境的 負荷增加的可能性。特別就該等所使用的含鉛焊錫材料，更會逐漸受到限制。
本發明的目的在於提供一種可使用為將多個粒狀受光或發光用半導體 組件，進行組裝的太陽電池模塊或發光二極體顯示器用的受光或發光用半導 體模塊，屬於可輕易的將多個半導體組件進行再利用、再生、修理的受光或 發光用半導體模塊。
本發明的受光或發光用半導體模塊具備有多個球狀半導體組件(其具受 光或發光功能)的半導體模塊，具備有正極及負極、保持手段、導電耦接機 構、及導電性彈性構件，其中，該正極及負極在各個多個半導體組件中，包 夾其中心呈相對向狀設置；該保持手段將上述多個半導體組件對齊導電方 向，將該導電方向設定為行方向，而保持呈數行且數列平面排列狀態，並將 多個半導體組件保持呈可個別或為多組的組別分離；該導電耦接機構上述數 行的半導體組件中，將各行或鄰接各2行的半導體組件串聯耦接，且將數列 半導體組件中的各列半導體組件並聯耦接；導電性彈性構件為了能維持利用
上述導電耦接機構所進行對數行半導體組件的串聯耦接，而朝行方向的平行 方向施加機械式按壓力。
該受光或發光用半導體模塊中，因為利用導電耦接機構，將各行半導體
組件或鄰接各2行半導體組件串聯耦接，且將各列半導體組件並聯耦接，因 而當部份半導體組件或半導體組件的耦接地方發生故障情況時，便經由迂迴 該故障半導體組件或斷線地方的迂迴電路導通電流，使正常的全部半導體組 件進行有效動作。
當該半導體模塊屬於太陽電池模塊的情況、或部分半導體組件因背蔭等 而出現停止功能情況時，將如同上述，經由迂迴電路導通電流。
甚至當該半導體模塊屬於發光二極體顯示器的情況時，因為將如同上述 經由迂迴電路導通電流，因而可使正常的全部半導體組件進行有效動作。導電耦接機構具備有為能維持數行半導體組件的串聯耦接，而朝行方向 的平行方向施加機械式按壓力的導電性彈性構件，因而在半導體組件與導電 構件的耦接、與導電構件間的耦接方面，便可省略利用焊接或導電性黏著劑 所進行的接合步驟。
當半導體模塊報廢或修理之際，因為由將保持手段分解，便可將多個半 導體組件個別或數組的組別分離，因而可將多個半導體組件個別或分組取 出。此外，本發明較佳構造從後述本發明實施形態中便可輕易理解。
根據本發明的受光或發光用半導體模塊，因為設置有可保持著多個半 導體組件的保持手段(其可將多個半導體組件個別或數組的組別分離)，以及 導電性彈性構件(其為能維持利用導電耦接機構對數行半導體組件進行的串 聯耦接，而朝行方向的平行方向施加機械式按壓力)，因而當半導體模塊報廢 或修理之際，因為可將多個半導體組件個別或分組取出，所以可對半導體組 件再利用、再生、修理，將可免除現有技術中利用焊錫、導電性黏著劑等施 行耦接的方式。


圖1為本發明實施例的凝固狀態矽結晶剖視圖2為將突起切斷的矽結晶剖視圖3為形成氧化矽膜的矽結晶剖視圖4為將氧化矽膜部分去除的矽結晶剖視圖5為形成n形擴散層與pn接合的矽結晶剖視圖6為形成氧化矽被覆膜的矽結晶剖視圖7為太陽電池槽剖視圖8為實施例1的太陽電池模塊的分解立體圖9為圖8所示太陽電池模塊的俯視圖10為圖8所示太陽電池模塊的橫切剖俯視圖11為圖8所示太陽電池模塊的縱切剖視圖12為實施例2的太陽電池模塊分解立體圖13為圖12所示太陽電池模塊的重要部份放大橫切剖視圖14為圖12所示太陽電池模塊的重要部份放大縱切剖視圖；圖15為圖13中的XV-XV線切剖視圖16為圖13中的XVI-XVI線切剖視圖17為太陽電池模塊的等效電路圖18為實施例3的太陽電池模塊分解立體圖19為圖18所示太陽電池模塊的橫切剖視圖20為圖19中的XX-XX線切剖視圖21為圖19中的XXI-XXI線切剖視圖22為圖18所示太陽電池模塊的分割模塊俯視圖23為圖22中的xxm-xxm線切剖視圖24為分割模塊朝圖22中之XXIV箭頭方向側視圖； 圖25為圖22中的XXV-XXV線切剖視圖； 圖26為分割模塊朝圖22中之XXVI箭頭方向之側視圖; 圖27為太陽電池模塊的等效電路圖。
具體實施例方式
本發明關於設置有具受光或發光功能的多個球狀半導體組件的受光或 發光用半導體模塊，當該半導體模塊報廢或修理之際，形成可將多個半導體 組件分離為個別或數組組別的構造。
首先，針對實施例1的太陽電池模塊(受光用半導體模塊)加以說明。根 據圖1 圖7，針對球狀矽太陽電池槽(半導體組件)構造及其製造方法加以說 明。該球狀矽太陽電池構造及其製造方法，因為在本案發明者所申請的 WO03/017382號公報中有所揭示，因而簡單的說明。
圖1所示直徑1.0 2.0mm的p形球狀矽結晶l(單結晶或多結晶)的剖視 圖。當製作球狀矽結晶l時，便使矽原料在滴落管上端側所設置的坩鍋內進 行熔融，再從該坩鍋的噴嘴前端中噴出矽液滴，使該液滴在滴落管內自由落 下14m，於掉落途中將因表面張力而冷卻球狀化的液滴並凝固為球狀結晶， 並於滴落管下端側將其回收。該實施例的矽結晶1屬於單晶矽，在其凝固過 程中，最後所凝固的部分會有形成如圖l所示突起的情況。將該突起摘除並 研磨成球狀。
如圖2所示，對球狀矽結晶1表面部分施行平坦研磨加工而形成基準面lb，便形成矽結晶la。該矽結晶la直徑約1.8mm。接著，如圖3所示，對 矽結晶la表面整體利用現有技術中的熱氧化方法形成氧化矽膜2。然後，如 圖4所示，在基準面lb及其周邊上殘留氧化矽膜2a，並除去其以外表面上 的氧化矽膜2。該氧化矽膜2a將被利用作為下一步驟所執行雜質擴散的屏蔽 (mask)。此外，如此地利用屏蔽(masking)而來部分性地殘留氧化矽膜的方法 系屬已知的現有技術。
如圖4、圖5所示，以氧化矽膜2a作為擴散屏蔽，利用現有技術中的熱 擴散法從裸露出的p形表面lc，對其表層部施行n形雜質的熱擴散而設置n 形層3，於是形成略球面狀的pn接合3a。依此便在除基準面lb與其周邊之 外的地方形成略球面狀pn接合3a。在施行n形雜質的熱擴散期間所伴隨生 成的氧化矽膜，將利用現有技術中的化學蝕刻技術先行去除，然後再度在含 氧環境中施行加熱，便如圖6所示，在矽結晶la整面上形成既定厚度的氧 化矽膜4，並將其當作抗反射膜。
接著，在平坦基準面lb(p形)，以及包夾矽結晶la中心並與基準面lb 呈相對向的矽結晶前端(n形)位置處，將主成分為銀的糊劑施行點陣狀列印。 將其在高溫下施行短時間處理而貫穿氧化矽膜4，便如圖7所示，將歐姆接 觸(Ohmic Contact)於p形矽的基準面lb、 n形層3表面，而分別形成正極 5、負極6。
依上述所製得粒狀且球狀太陽電池槽10，在距矽結晶la表面一定深度 的部位處形成有球面狀pn接合3a，因而對來自所有方向的入射光，將依大 致相同的受光感度施行光電轉換。此外，設有此種球面狀pn接合的球狀發 光二極體，由從正極5所輸入的電能，同樣的可朝球面的任何方向放射出一 定的光。
其次，針對準備多數個上述球狀太陽電池槽10，將該等太陽電池槽10 串聯且並聯耦接構造的太陽電池模塊30，根據圖8~圖11進行說明。該太陽 電池模塊30是多層玻璃式太陽電池模塊。該太陽電池模塊30的受光表面例 如為一邊為50mm 75mm左右的長方形。此外，上述受光表面的尺寸不過是 其中一例而己，也有構成更大型太陽電池模塊的情況。
該太陽電池模塊30具備有:保持機構ll(保持手段)、導電耦接機構12、 及多個導電性波形保持彈簧13，該保持機構11將多個太陽電池槽10對齊導電方向，將該導電方向設定為行方向，而保持呈數行且數列平面排列狀態， 並將多個太陽電池槽10保持呈可個別分離的狀態；該導電耦接機構12在數 行的太陽電池槽10中，將鄰接各2行的太陽電池槽10串聯耦接，且將數列 太陽電池槽IO的各列太陽電池槽10並聯耦接；該波形保持彈簧13是導電
性彈性構件，為能維持利用該導電耦接機構12所進行的多個太陽電池槽10
串聯耦接，而朝行方向的平行方向施加機械式按壓力。
上述保持機構11由平板狀收容箱體14、以及多個導電性波形保持彈簧 13所構成，而上述導電耦接機構12由多個波形保持彈簧13所構成。在收容 箱體14內部形成偏平矩形狀收容部15，收容多個太陽電池槽IO，該收容箱 體14具備有包圍收容部15外圍的矩形框狀外圍框架16，以及將收容部 15與外圍框架16上下二面封閉的透明玻璃制箱體板17。
外圍框架16由集合電極的平行1對第1外圍框18、以及平行的1對 第2外圍框19所構成，其中，第2外圍框19配置於1對第1外圍框18雙 方的端部間。第l外圍框18的厚度約2mm，在玻璃纖維布基材環氧樹脂制 絕緣構件表面上形成銅箔(厚度約O.lmm)層，並對其表面施行鍍銀。第2外 圍框19由如同上述的絕緣構件所構成。在第2外圍框19的收容部15側部 分處，形成有多個具小孔狹縫20，將波形彈簧13端部連結保持。在第l外 圍框18中形成有多個螺栓孔21，在該等螺栓孔21內面形成有上述銅箔與鍍 銀。在第2外圍框19中也形成有1或多個螺栓孔22。
在上述收容部15內，將多個波形保持彈簧13依大致平行且相鄰波形保 持彈簧13的谷部與脊部呈近接相對向的狀態配置，由將波形保持彈簧13端 部與其前端的漩渦部13a嵌入於第2外圍框19的狹縫20中，便將波形保持 彈簧13連結於第2外圍框19。波形保持彈簧13將厚約0.4mm、寬約1.9mm 的磷青銅製帶板，形成具一定周期波浪形，並對其表面施行鍍銀。
在上述收容部15內，將多個太陽電池槽10的導電方向形成對齊行方向 的狀態，多個太陽電池槽IO(太陽電池槽組)將數行、數列配置，且相鄰各2 列多個太陽電池槽10配置成鋸齒形狀。太陽電池槽10夾置於相鄰波形保持 彈簧13的谷部與脊部相近接對向部位處並保持著。各列太陽電池槽10的正 極5抵接於共通波形保持彈簧13且電性並聯耦接，各列太陽電池槽10的負 極6抵接於共通波形保持彈簧13且電性並聯耦接。在行方向端部所配置的1對波形保持彈簧13將抵接於第1外圍框18內面而規範位置，且電性耦接於 第1外圍框18。
多數球狀太陽電池槽IO在收容部15內利用導電性多個波形保持彈簧13 所產生的機械式按壓力而保持，並電性耦接。數行的太陽電池槽10中，相 鄰各2行太陽電池槽10將利用多個波形保持彈簧13而串聯耦接，同時各列 的太陽電池槽10將利用其二側的1對波形保持彈簧13而並聯耦接。上述導 電耦接機構12由多個波形保持彈簧13所構成，利用多個波形保持彈簧13 對行方向產生機械式按壓力，而維持著數行太陽電池槽10的串聯耦接。
其次，在外圍框架16與收容部15 二側安裝透明箱體板17而密封。箱 體板17例如厚度約3mm，在箱體板17單面(內面)設置由厚度約0.2mm透明 矽氧橡膠薄膜所構成的彈性膜23，該彈性膜23依與太陽電池槽集合體與外 圍框架16相接的方式，配置成由1對箱體板17從二側三明治包夾狀態。
其次，將箱體板17的螺栓孔24、 25與外圍框架16的螺栓孔21、 22對 齊，然後使用例如氟樹脂等合成樹脂制墊圈26a與鋼製盤型彈簧(錐面皿形彈 簧ConedDiscSpring)26b，利用鋼製螺栓26與螺帽26c進行螺鎖而密封。此 外，視覺需要，在螺栓26中也安裝有導線端子27，導線端子27將經由螺栓 26而電性耦接於螺栓孔21內面的銅箔與鍍銀層。
此時，第1外圍框18中相鄰二端的波形保持彈簧13將利用波形保持彈 簧13的按壓力，而機械式接觸到第1外圍框18內側面並保持電性耦接。但 是，並不僅局限於利用螺栓26與螺帽26c進行螺鎖一體化的構造，只要屬 於能將箱體板17、外圍框架16、太陽電池槽10、多個波形保持彈簧13等連 結成可個別分離的構造便可。
此處，在利用螺栓26施行螺鎖密封之前，視覺需要，從收容部15將真 空排氣容器中的空氣施行排氣，於將收容部15保持於減壓狀態的狀態下， 再利用螺栓26與螺帽26c施行螺鎖，或在將收容部15中封入氮氣等非活性 氣體之後才施行螺鎖，便將形成高絕熱性能的復層玻璃式太陽電池模塊30。 所以，最好第l、第2外圍框18、 19間也利用矽氧橡膠薄膜施行密封，而將 收容部15形成密封構造。
依此在2片箱體板17之間，利用外圍框架16與多個波形保持彈簧13 保持多個太陽電池槽IO，並設計適當採光區域與空間，因而該多層玻璃式太陽電池模塊30雖具備有發電功能，但可適用作為具高絕熱性與具隔音性的 採光窗。
再者，波形保持彈簧13與太陽電池槽10也具有將2片箱體板17間的 間隔保持一定距離的間隔物(spacer)功能，也具有提高機械強度的功能。此外， 為能提高窗戶的絕熱性能，如現有技術，也可在箱體板17表面上設置銀、 氧化錫等紅外線反射膜，而形成low-E復層玻璃構造。
該多層玻璃式太陽電池模塊30也可單獨使用，但也可與同樣構造的其 它太陽電池模塊30組合而擴大尺寸，並電性耦接便可增加輸出。此情況下， 例如只要在插通於第1外圍框18中的螺栓26上，安裝耦接用導線端子27， 而與其它太陽電池模塊30進行模塊線路耦接便可。
該多層玻璃式太陽電池模塊30中，穿透過透明箱體板17的入射光將由 球狀太陽電池槽10所吸收，便可產生與光能源強度相應的電力。此時，不 僅直射光，就連在收容部15內部，于波形保持彈簧13、箱體板17、太陽電 池槽10間進行多重反射的光，最終也將被太陽電池槽10吸收並轉換為電力。 窗戶的採光率變更、外觀上的設計等，可依照多個太陽電池模塊30配置時 的配置圖案、波形保持彈簧13形狀而進行改變。
該多層玻璃式太陽電池模塊30將利用1對波形保持彈簧13來並聯耦接 的多個太陽電池槽IO，串聯耦接而形成網狀構造的電氣電路。所以，即使在 當部分太陽電池槽10因故障而呈開放狀態、或部分太陽電池槽10的電性耦 接呈不良狀況、或部分太陽電池槽10因背蔭而停止功能等情況下，將通過 迂迴該等己停止功能的太陽電池槽10的迂迴電路來導通電流，因而其它的 正常太陽電池槽10發電功能便不致發生停止或降低狀況。
針對依上述所說明太陽電池模塊30的作用、效果，加以說明。
(l)因為球狀太陽電池槽10的機械壓力較強，因而利用波形保持彈簧13 等所產生的按壓力，便可與導體形成良好的電性耦接。所以，便可拋棄如現 有技術中的利用焊接、導電性黏著劑等所施行的耦接，而是僅需解開螺栓26、 螺帽26c的螺鎖，便可將太陽電池模塊30分解，並輕易的個別取出多個太 陽電池槽IO，其它的零件也可拆下。因此，太陽電池槽10的回收成本在相 較於現有技術中的採用焊錫、導電性黏著劑進行牢固耦接的情況下，將大幅 降低成本。(2)因為外圍框架16、多個波形保持彈簧13、 2片箱體板17也均是利用
螺栓26，螺帽26c進行機械式組裝，因而太陽電池模塊30的組裝、分解均 較為容易，且組裝、分解所需的成本也將格外降低。
。)雖為太陽電池模塊30但因是形成利用透明2片箱體板17將太陽電池 槽10與波形保持彈簧13包夾的構造，因而將提高機械強度，可適用為窗戶 材料。
(4) 當將該太陽電池模塊30使用為窗戶材料的情況時，取決太陽電池槽 10的配置圖案、與波形保持彈簧13、外圍框架16及箱體板17的形狀、尺 寸設計，可構成外觀優越的窗戶。也可在窗戶內側配置具光反射功能的窗簾 等，將來自外面的光反射並照射至太陽電池槽10背側，而提高發電輸出。
(5) 當將該太陽電池模塊30除當作太陽電池之外，兼用在壁材、屋頂材 料的情況時，也可在2片箱體板17中靠建物側的箱體板17內表面上，形成 高反射率的被覆膜，或者也可取代靠建物側的玻璃制箱體板17，改為採用具 高反射率的陶瓷製箱體板。當採用該陶瓷板的情況時，雖無採旋光性可言， 但是將可獲得機械強度較高且絕熱性也將提高的優點。
(6) 矽氧橡膠薄膜(彈性膜23)將箱體板17與外圍框架16間等處的間隙埋 藏，而具有維持氣密性的效果，且施行非活性氣體封入或形成真空，便可防 止太陽電池槽10因外界空氣而發生劣化的狀況，且也將發揮提升多層玻璃 絕熱性能的效果。此外，矽氧橡膠薄膜尚可採用其它具彈性的透明合成樹脂 (例如EVA、 PET等)制薄膜。
針對上述太陽電池模塊30進行部分變更的例子加以說明。 m外圍框架16除所例示的玻璃基材環氧樹脂配線板之外，尚可由陶瓷 配線基板等其它材料構成。陶瓷配線基板雖屬高單價，但是具有耐熱性、耐 火性，且機械強度與尺寸安定性也優越。此外，第2外圍框19也可由玻璃 基材環氧樹脂配線板構成。也可在上述外圍框架16中，設置除太陽電池槽10以外的半導體組件 或半導體晶片、或者電阻、電容器及電感器等電路零件，而構成含有太陽電 池槽10的複合電子功能模塊或裝置。其中一例是可組合供將太陽電池模塊 30的直流輸出，轉換成交流輸出的電路或輸出控制電路。此外，除太陽電池 槽10以外，尚可組裝搭配LED、蓄電池，而構成利用所發電的電力使LED發光的顯示器，或者組裝搭配光通信的光源用LED，且也可搭載傳感器組件 與IC晶片，組裝搭配將信息傳送給外部的機器等，便可將太陽電池模塊與 其它功能裝置進行混成化。[3]也可取代上述透明2片玻璃制箱體板17的其中一片或雙方，改為採用由透明丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂、矽氧樹脂等構成的合成樹脂板。此情 況下，將可達太陽電池模塊整體重量與成本降低的效果。[4]也可將上述透明箱體板17或透明合成樹脂板其中之一採用具反射膜 的板，而將入射光反射便可提高太陽電池槽10的發電性能。[5]上述波形保持彈簧13的材料可採用現有技術中的彈簧材料的碳鋼、 鎢鋼、鎳鋼、鎳銀、鈹銅，也可採用由鋼琴線構成的彈簧。[6]也可將上述球狀太陽電池槽10取代為球狀發光二極體電池，便可形 成適用為顯示器、平面發光型照明燈的發光二極體模塊構造。[7]也可取代上述球狀太陽電池槽10，改為採用如WO99/10935號公報中 記載，在球狀芯材(核心)表面上形成薄膜半導體層，且形成pn接合構造的太 陽電池槽、或發光二極體組件等。針對實施例2的太陽電池模塊40(受光用半導體模塊)，就圖12 圖17加 以說明。該太陽電池模塊40是類似將太陽電池槽10高密度組裝的多層玻璃 式構造。太陽電池槽IO如同上述太陽電池槽IO，因此以同一符號說明。該太陽電池模塊40具備有:保持機構41(保持手段)、導電耦接機構42、 及導電性彈性構件43。該保持機構41將多個太陽電池槽IO對齊導電方向， 將該導電方向設定為行方向，而保持呈數行且數列的矩陣狀平面排列狀態， 並將多個太陽電池槽10保持呈可個別分離狀態。該導電耦接機構42在數行 的太陽電池槽10中，將各行的太陽電池槽10串聯耦接，且將數列太陽電池 槽10的各列太陽電池槽10並聯耦接。該導電性彈性構件43為能維持利用 該導電耦接機構42所進行的數行太陽電池槽10串聯耦接，而朝行方向的平 行方向施加機械式按壓力。上述保持機構41系具備有平板狀收容箱體45，其形成收容著數行數 列太陽電池槽10(太陽電池槽組)的偏平矩形狀收容部44;多個導電性線材料 42a;及多個橡膠球56。收容箱體45具有外圍框架46、以及將收容部44 與外圍框架46上下二面封閉的聚碳酸酯樹脂制厚度3mm的透明的2片箱體板47，而外圍框架46具備有 一對第1外圍框48，其配置於收容部44 二 側並與行方向平行；及一對第2外圍框49，其位於收容部44二側，且配置 於一對第1外圍框48雙方的端部間。此外，上述箱體板47可使用透明玻璃 板。第1外圍框48具有厚度等於或稍大於太陽電池槽10直徑的白色聚碳酸 酯樹脂制板狀構件，在第1外圍框48中設有多個螺栓孔50。第2外圍框49 與第1外圍框48同厚的白色聚碳酸酯樹脂制板狀構件，在其厚度方向中段 處，於行方向上一體成形朝外側突出的端子板51(外部端子)，並在第2外圍 框49 二端附近處朝行方向形成由長形長孔所構成的螺栓孔52。在上下箱體 板47中，形成有對應於第1外圍框48螺栓孔50與第2外圍框49螺栓孔52 的多個螺栓孔53、 54。將1對第1外圍框48在相隔開收容部44間隔且平行對置狀態下，沿一 對第1外圍框48朝平行於列方向，且相隔開約等於從太陽電池槽10正極5 距負極6間的距離的間隔，設置由銅線所構成多條導電性線材料42a，由多 個導電性線材料42a端部一體成形固定於一對第1外圍框48上。導電性線 材料42a是直徑0.5mm的鍍銀線材料，且可因波形彈簧43的彈力而彈性變 形的線材料。在上下箱體板47內面整面上，被覆著彈性膜的透明矽氧橡膠 被覆膜47a(例如厚度0.05mm)。當組裝太陽電池模塊40時，在下側箱體板47上面安置著一對第1外圍 框48與多個導電性線材料42a，於將太陽電池槽10導電方向對齊於行方向 的狀態下，將多個太陽電池槽10嵌入在各列的一對導電性線材料42a間成 相互接觸的狀態，使正負電極5、 6接觸到一對導電性線材料42a，而將各列 太陽電池槽10並聯耦接。在各列多個太陽電池槽10 二端與第1外圍框48 之間，嵌入有與太陽電池槽10相同直徑的矽氧橡膠製球狀橡膠56。因為在 各列中將由一對球狀橡膠56，賦予使各列多個太陽電池槽10間相抵接的彈 力，因而太陽電池槽10與導電性線材料42a間的接觸將可均等化，可不致 發生太陽電池槽10偏移，即可安定的保持。在一對第1外圍框48的行方向二端端部間，擠入中繼導體55、波形彈 簧43及第2外圍框49，使中繼導體55抵接於導電性線材料42a，使波形彈 簧43暫時固定成抵接第2外圍框49端子板51的狀態。其次，安裝外圍框架46上面側的箱體板47，然後將裝接有例如氟樹脂制墊圈57a與銅製盤型 彈簧(錐面皿形彈簧Coned Disc Spring)57b的螺栓57，插通過上側箱體板47、 第l、第2外圍框48、 49、及下側箱體板47的螺栓孔50、 52、 53、 54，再 透過例如氟樹脂制墊圈57a螺鎖於螺帽57c上而固定。此時，由波形彈簧43的按壓力，各太陽電池槽10的正負電極5、 6、與 該等相對面的導電性線材料42a，將依機械式確實接觸並電性耦接的方式， 透過第2外圍框49的位置調節用螺栓孔52，將第2外圍框49位置調整於適 當位置處。上述中繼導體55在銅製角棒表面上施行鍍銀，而波形彈簧43將 厚0.4mm、寬1.9mm的磷青銅製具彈性帶板形成波浪形，並對其表面施行鍍 銀。利用螺栓57的螺鎖，矽氧橡膠被覆膜47a便具有由其彈性將箱體板47 與外圍框架46間的間隙某種程度埋藏的作用，當構件間殘留間隙的情況時， 利用液狀矽氧橡膠系或丁基橡膠系填充材料或襯墊(packing)施行密封，便可 將收容部44形成密封構造。上述太陽電池模塊40中，多個太陽電池槽10中排列呈數列數行的矩陣 狀，且於其太陽電池槽組中，各列的多個太陽電池槽10將利用其二側的1 對導電性線材料42a而並聯耦接，各行的多個太陽電池槽10將經由多個導 電性線材料42a(導電性彈性構件)而串聯耦接。特別由配置於行方向二端的1 對波形彈簧43，將中繼導體55朝收容部44方向按押，便可維持著多個行太 陽電池槽10的串聯耦接。該太陽電池模塊40的等效電路如圖17所示，其 中一端子板51突出於外部的正極端子58，而另一端子板51朝外部突出的負 極端子59，可從正極端子58與負極端子59將太陽電池模塊40所產生的電 力取出於外部。該太陽電池模塊40雖可增加太陽電池模塊在每單位面積的輸出，但是 光的採旋光性或透視性將降低。可是，該太陽電池模塊40因將太陽電池槽 IO進行較高密度排列，便可用較少佔據面積獲得較大輸出。輸出電流隨並聯 耦接的太陽電池槽10數量增加而越增大，輸出電壓隨串聯耦接的太陽電池 槽10數量增加而越高。此外，1個太陽電池槽10的輸出電壓約0.6伏特。該太陽電池模塊40的導電耦接機構42構成如圖17所示的網狀構造電 路，所以，當部分太陽電池槽10因故障而呈開放狀態、或部分太陽電池槽10的電性耦接呈不良狀況、或部分太陽電池槽10因背蔭而停止功能等情況 下，電流將導通迂迴該等已停止功能的太陽電池槽10的迂迴電路，因而其 它的正常太陽電池槽10發電功能便不致發生停止或降低狀況，而可對太陽 電池模塊40的整體輸出降低影響程度降至最低。當對該太陽電池模塊40進行修理、報廢的情況時，僅需拆下多個螺栓57、螺帽57c，便可將太陽電池模塊40解體而將多個太陽電池槽IO個別取 出並回收，因而可將故障的部分太陽電池槽10更換為新的太陽電池槽10， 或將全部的太陽電池槽10回收並再利用。不僅太陽電池槽IO，就連其它零 件也可拆下，因而大部分的零件將可再利用。因此，太陽電池槽10的回收 成本在相較於現有技術中採用焊錫、導電性黏著劑進行牢固耦接的情況下， 將大幅降低成本。該太陽電池模塊40中，在將太陽電池槽電性線材料42a進行電性耦接 方面，並未使用焊錫或導電性接著材，而是施加機械式按壓力進行接觸並耦 接，因而將可明顯的降低製作成本。因為在太陽電池模塊40 二端突出端子 板51，因而當將多個太陽電池模塊40施行串聯耦接時，僅使端子板51間進 行接觸便可簡單的耦接。再者，也可構成僅其中一(例如正極側)側端子板朝外部突出，而另一(例 如負極側)側端子板51則形成靠近凹孔深度端的構造，此情況下，便可將多 個太陽電池模塊40幾乎無間隙地排列串聯耦接。該太陽電池模塊40的導電耦接機構42，因有效的應用導電性線材料42a 而形成串聯且並聯耦接的構造，導電耦接機構42的構造將呈簡單，而有利 於製作成本面。而且，在將多個太陽電池槽10周圍覆蓋時，並未使用透明 合成樹脂填充劑，因而將可省略填充劑成本與填充所需的設備，且也有利於 報廢層面。在太陽電池模塊40內部將形成空間，而可獲得絕熱效果與隔音 效果，可兼顧窗戶材料與光發電功能。再者，上述實施例的太陽電池模塊40中，多個太陽電池槽的矩陣排列 行數與列數僅為其中一例而已，實際上將可形成更多行數與列數的模塊。上 述實施例針對使用太陽電池槽10的太陽電池模塊40加以說明，但是也可取 代太陽電池槽10，改為組裝從電能轉換為光能源的球狀發光二極體組件構造 的發光二極體模塊(發光二極體顯示器、發光二極體照明燈)，此情況下仍可獲得相同的效果。再者，上述實施例1後段所記載的變更事項[1] [7]中，相關適用本實施 例太陽電池模塊40的變更事項，仍可如同實施例1般的採用。針對實施例3的太陽電池模塊60，根據圖18~圖27加以說明。 該太陽電池模塊60依可將多個太陽電池槽10分為多組組別進行組裝、 或分離的方式，例如將多個太陽電池槽10分為2組，而構成2個小型平板 狀分割模塊61，將該2個分割模塊61組裝於收容箱體62內並形成串聯耦接 的構造。太陽電池槽10本身如同實施例1、 2的太陽電池槽，因而以同一符 號說明。如圖18 圖21所示，該太陽電池模塊60具備有2個分割模塊61、以 及收容箱體62，其形成收容2個分割模塊61的偏平收容部65。分割模塊61 將數列數行矩陣狀排列的多個太陽電池槽10，利用無鉛導電性接著材料而固 接於多個導電性線材料66上且串聯並聯耦接，並將該等整體利用透明合成 樹脂模製(moulding)呈平板狀。將該等分割模塊61在收容箱體62內的收容部65中串聯排列，並利用 波形彈簧70(導電性耦接構件)施加機械式壓力電性耦接。該實施例針對具備 2個分割模塊61的太陽電池模塊60例子進行說明，惟收容箱體62內所組裝 的分割模塊61數量並不僅限於2個，由增加分割模塊61的數量，便可加大 太陽電池模塊60的輸出。在此針對上述分割模塊61 ，根據圖22~圖26進行說明。如圖22所示，多個太陽電池槽10將導電方向對齊於行方向，並排列呈 數列數行的矩陣狀，在相鄰行與行之間形成有約太陽電池槽10直徑1/2左右 的間隙，但是該間隙可為更大、也可更小，可自由設定。例如也可不設置行 間的間隙，而將各列太陽電池槽10配置呈抵接狀。在各列多個太陽電池槽10、與相鄰列多個太陽電池槽10之間，將截面 矩形狀的細導電性線材料66配設呈抵接於正負電極5、 6的狀態，且設置有 抵接於行方向二端的列多個太陽電池槽10的正極5或負極6的耦接導體67， 該耦接導體67斷面呈較大於導電性線材料66的矩形狀。該等太陽電池槽10 的正極5與負極6利用現有技術中的導電性接著材(例如銀環氧樹脂)，而黏 著於導電性線材料66或耦接導體67上，經加熱硬化而固接。依此的話，各列多個太陽電池槽10利用一對導電性線材料66(或利用導電性線材料66與耦接導體67)而並聯耦接，各行多個太陽電池槽10將利用 多個導電性線材料66串聯耦接，分割模塊61中的複數太陽電池槽10將利 用多個導電性線材料66與2條耦接導體67進行串聯且並聯耦接。依此的話， 便在分割模塊61中設置有使各行太陽電池槽10串聯耦接，且各列太陽電池 槽10並聯耦接的導電耦接機構。上述串聯且並聯耦接的多個太陽電池槽10、導電性線材料66、及耦接 導體67利用透明合成樹脂(例如矽氧樹脂)覆蓋整體的方式，施行樹脂模製呈 平板狀，二端耦接導體67的端部將從合成樹脂板68端部露出於外部。在該 合成樹脂板68中形成有覆蓋各行太陽電池槽10的圓柱狀透鏡部69，並在合 成樹脂板68 二端處形成有平板狀保持部68a。此外，圓柱狀透鏡部69具有 將入射光聚光，而提升太陽電池槽10輸出的作用。其次，針對組裝上述2片分割模塊61所構成的太陽電池模塊60，根據 圖18~圖21加以說明。收容箱體62由例如聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂或矽樹脂等透明合成樹 脂所構成。收容箱體62將相同構造的上下1對箱體構件63、 63呈相對面狀 重迭，並施行螺栓結合。在該等箱體構件63中，將形成約收容部65—半的 凹部71、以及連接於該凹部71雙方端部的端子安裝溝72。箱體構件63中凹部71外側的1對側厚部73(側壁部)，於其表面靠外側 約2/3部分處，形成有例如矽氧橡膠製具彈性的橡膠被覆膜74(例如厚度約 O.lmm)。在端子安裝溝72內面也形成有如同上述的橡膠被覆膜75。當組裝 太陽電池模塊60時，經在下側箱體構件63的凹部71收容2個分割模塊61 之後，再覆蓋上側箱體構件63，而將分割模塊61列方向二端的保持部68a 夾持於上下側厚部73(側壁部)間。其次，在行方向二端側由上下端子安裝溝72所構成偏平端子安裝開口 中，分別插入波形彈簧70、外部端子76，並在與收容箱體62之間安裝橡膠 襯墊77。接著，將上下箱體構件63間、及上下箱體構件63與外部端子76 進行螺栓結合。此時，例如透過氟樹脂制墊圈78a，將螺栓78插通入螺栓孔 79、 80中，再經過下面側的氟樹脂制墊圈78a螺鎖於螺帽78b中。此時，因外部端子76的螺栓孔80是行方向的細長孔，而可利用螺栓孔80調整外部端子76的螺鎖位置，使波形彈簧70產生適度大小的按壓力。依此的話，2片分割模塊61便在太陽電池模塊60中心，將耦接導體67間進行 機械式接觸且電性串聯耦接。2片分割模塊61 二端將經由波形彈簧70而機 械式接觸於外部端子76並電性串聯耦接，且外部端子76突出於收容箱體62 二端，形成太陽電池模塊60的正極端子、負極端子，因而可將輸出取出於 外部。圖27所示該太陽電池模塊60的網狀構造的等效電路，該等效電路將達 如同實施例2的等效電路相同的作用效果，並可從正極端子81與負極端子 82將電力取出於外部。再者，為能將收容分割模塊61的空間密封而阻隔外部環境，視需要將 可利用樹脂、橡膠等密封材料將間隙填埋。太陽電池模塊60中，2個分割模塊61將在共通收容箱體62中，利用波 形彈簧70進行機械式串聯耦接，並利用螺栓78與螺帽78b施行螺鎖便將位 置固定，且利用橡膠被覆膜74、 75與襯墊77而阻絕外氣。可將收容箱體62 整體分解，而將分割模塊61進行更換或回收並再使用。因為該模塊60具有 太陽電池槽10間隙，因而當使用於窗玻璃的情況時便可採光，且收容箱體 62內的空間將產生絕熱效果。當採用合成樹脂制箱體構件63的情況時，比 起使用玻璃，將更為輕巧、不易遭破壞且更廉價。針對上述所說明的太陽電池模塊的作用、效果進行說明。(1) 因為分割模塊61間的耦接、分割模塊61與外部端子76間的耦接， 利用波形彈簧70的機械式按壓力實施，因而不需要利用焊錫等接合材料施 行固接的步驟。因此，將不需要為電性耦接而施行加熱的步驟。可從太陽電 池模塊60中輕易的將分割模塊61、外部端子76及波形彈簧70拆下，並使 用於其它的太陽電池模塊中。此外，當將多個太陽電池模塊60串聯耦接時， 由使外部端子76間相接觸便可簡單的形成耦接。(2) 因為應用彈性體制導電性波形彈簧70而確保電性耦接，因而將吸收 隨溫度變化所衍生的模塊尺寸變化(膨脹、收縮)及機械衝擊，不致於對太陽 電池槽IO施加過度的應力。(3) 因為分割模塊61中的數行的行間間隔可適當變更，且導電性線材料 66粗細度將也可自由設定，因而將可選擇各種採旋光性(透視性)與發電比例，便可製得兼顧優美設計建材的太陽電池模塊60、發光二極體模塊，及該等多 個組合的面板。(4)因為採用球狀太陽電池槽10，因而將可活用來自各種方向的入射光 而發電。當將1個或多個太陽電池模塊60形成窗玻璃構造的情況時，室內 的光線也可應用於發電。針對上述實施例3的部分變更例進行說明。[1]在分割模塊61中，多個太陽電池槽10的矩陣排列中，行數與列數僅為其中一例而已，也可構成更多行數與列數的分割模塊。此外，太陽電池模塊60中所組裝的分割模塊61數量並不僅局限於2個，其數量將可自由設定。 另外，太陽電池模塊60中多個分割模塊61並不僅局限於1行而己，也可配 置數行。即，也可在單一太陽電池模塊60中將多個分割模塊61配置呈數列 數行的矩陣狀。此情況下，將可省略分割模塊61的保持部68a，也可使分割 模塊61抵接於收容部65內面。[2]相關太陽電池模塊60的外部端子76，為能有利於多個太陽電池模塊 60的串聯耦接，也可將其中一(例如正極側)側外部端子76，如圖示般的突出 於外部，而將另一(例如負極側)側外部端子76拉至端子安裝開口深度處，形 成可耦接於鄰接太陽電池模塊60其中一(例如正極側)側外部端子76上的構 造。[3]當太陽電池模塊60構成不需要採光、透視性的壁材的情況時，也可 在太陽電池槽10後方配置可進行光反射或光散射的板或薄片。在太陽電池 模塊60的情況時，穿透太陽電池槽10間的光將被太陽電池槽10背後側反 射，而增加太陽電池槽10的輸出，在發光二極體模塊的情況時，便將利用 經反射且朝前方射出的光而增加亮度。[4]也可利用為與諸如與屋頂、頂燈(top light)、窗戶、帷幕牆、建築物 正面、屋簷、天窗等建材形成一體的太陽電池模塊或戶外型發光二極體顯示 器，或使廣告廣告牌、汽車、飛機、船舶等其中一部分具有太陽光發電或顯 示功能、或者兼具二種功能的裝置。[5]在箱體構件63的側厚部73中，組裝各種傳感器、信號接受機器、信 號發射機器、交流直流轉換器、頻率轉換器、邏輯電路、CPU及其周邊電路， 便可構成能控制太陽電池模塊或發光二極體模塊的輸出入的裝置。(產業上的可利用性)
本案的受光或發光用半導體模塊可有效應用在太陽電池面板、發光二極 管顯示器或發光二極體照明裝置。
權利要求
1. 一種受光或發光用半導體模塊，具備具有受光或發光功能的多個球狀半導體組件的半導體模塊，其特徵在於，其具備有正極與負極，其乃在各個多個半導體組件中，包夾其中心呈相對向狀設置；保持手段，其乃將上述多個半導體組件對齊導電方向，將該導電方向設定為行方向，而保持呈數行且數列平面排列狀態，並將多個半導體組件保持呈可個別或多個組的組別分離；導電耦接機構，其乃上述數行的半導體組件中，將各行或鄰接各2行的半導體組件串聯耦接，且將數列半導體組件中的各列半導體組件並聯耦接；以及導電性彈性構件，其乃為了維持利用上述導電耦接機構所進行對數行半導體組件的串聯耦接，而朝行方向的平行方向施加機械式按壓力。
2. 如權利要求1所述的受光或發光用半導體模塊，其特徵在於，上述保 持手段具有收容箱體，該收容箱體形成收容多個半導體組件的偏平收容部的 平板狀收容箱體，且由可分離的多個構件所構成，該收容箱體具有將上述收 容部的二側面跟外界劃分的一對箱體板，該等箱體板至少其中之一由光穿透 性玻璃或合成樹脂構成。
3. 如權利要求2所述的受光或發光用半導體模塊，其特徵在於，上述保 持手段在上述收容箱體內大致平行的排列，且具有由導電性帶板所構成的多 個波形保持彈簧，各列的多個半導體組件將正負電極利用一對波形保持彈簧 夾持而保持，上述導電耦接機構由上述多個波形保持彈簧構成。
4. 如權利要求2所述的受光或發光用半導體模塊，其特徵在於，上述保 持手段具有在上述收容箱體內平行配置的多個導電性線材料，各列的多個半 導體組件將正負電極利用一對導電性線材料夾持而保持，上述多個半導體組 件排列成數列數行的矩陣狀，各列的多個半導體組件將配設成抵接狀，且各 行的多個半導體組件配置成包夾著導電性線材料抵接的狀態，上述導電耦接 機構由多個導電性線材料構成。
5. 如權利要求4所述的受光或發光用半導體模塊，其特徵在於，上述收容箱體具有在上述一對箱體板間，於上述收容部的外圍側以配置的一對第1 外圍框與一對第2外圍框，上述一對第1外圍框在上述收容部二側朝行方向 平行配置，且上述多個導電性線材料的二端部固定於一對第1外圍框。
6. 如權利要求5所述的受光或發光用半導體模塊，其特徵在於， 一對第 2外圍框在一對第1外圍框雙方端部間朝列方向平行配置，並在各第2外圍 框與其所相對向的導電性線材料間配置抵接於該導電性線材料的中繼導 體、以及抵接於該中繼導體且由導電性帶板構成的波形彈簧。
7. 如權利要求6所述的受光或發光用半導體模塊，其特徵在於，各第2外圍框系設有抵接於上述波形彈簧的同時，朝上述收容箱體外突出的端子 板。
8. 如權利要求5至7中任一項所述的受光或發光用半導體模塊，其特徵 在於，上述一對第l、第2外圍框、與一對箱體板利用多個螺栓與螺帽而連 結且可彼此分離。
9. 如權利要求5至7中任一項所述的受光或發光用半導體模塊，其特徵 在於，在上述一對箱體板內面側形成光穿透性彈性膜。
10. 如權利要求2所述的受光或發光用半導體模塊，其特徵在於，多個 半導體組件分組化成多個組；各組多個半導體組件排列成數列數行的矩陣 狀，同時各列多個半導體組件中相鄰接半導體組件配置成抵接狀、或小間隔 隔開狀態，上述導電耦接機構系具有多個導電性線材料，其乃配置於數列太陽電池槽的列與列之間；以及 一對耦接導體，其乃在行方向二端的列外側朝列方向平行配置； 而將上述各組的多個半導體組件、多個導電性線材料、及一對耦接導體的其中一部分，利用光穿透性合成樹脂施行埋藏狀來模製(Moulding)，而構成平板狀分割模塊。
11. 如權利要求10所述的受光或發光用半導體模塊，其特徵在於，在上 述多個分割模塊於上述收容箱體的收容部內，朝行方向串聯排列的狀態下， 將相鄰接分割模塊的耦接導體間施行電性耦接。
12. 如權利要求ll所述的受光或發光用半導體模塊，其特徵在於，上述 收容箱體具備有呈相對面狀重迭的一對箱體板，上述各箱體板具備有側壁部，其將收容部的列方向二端側封閉；以及端子安裝溝，其從該收容部起延伸至箱體板行方向二端； 而在上述收容箱體呈相對面狀的一對端子安裝溝中，分別安裝有朝外部 突出的端子板，並固定於收容箱體上。
13. 如權利要求12所述的受光或發光用半導體模塊，其特徵在於，在上 述各端子板、與該端子板相對面的分割模塊的耦接導體之間，安裝有上述導 電性彈性構件的波形彈簧，並利用該等一對波形彈簧的彈力，維持著多個分 割模塊的電性串聯耦接。
14. 如權利要求12或13的受光或發光用半導體模塊，其特徵在於，上述各端子板固定成可對上述收容箱體調節位置的狀態。
全文摘要
本發明公開了一種受光或發光用半導體模塊，主要是組裝受光或發光用多個球狀半導體組件，可對半導體模塊的多個半導體組件簡單的進行回收、再利用或修理。半導體模塊中，在收容箱體內串聯狀配置兩個分割模塊，各分割模塊將排列成數列數行矩陣狀的太陽電池槽、以及導電耦接機構(其將該等太陽電池槽的各行電池槽串聯耦接，同時將各列電池槽並聯耦接)，利用合成樹脂施行模製，並使耦接導體突出於端部。在收容箱體的端部側設有導電性波形彈簧與外部端子，由導電性波形彈簧的機械式按壓力，便可確保2個分割模塊的串聯耦接。
文檔編號H01L31/042GK101305474SQ20068004224
公開日2008年11月12日 申請日期2006年1月11日 優先權日2006年1月11日
發明者中田仗祐 申請人:京半導體股份有限公司