(57)【要約】粒状の光電変換機能のある複数の半導体素子（ソーラセル）を組み込んだ受光用デバイス、又は、粒状の電光変換機能のある複数の半導体素子（発光ダイオード）を組み込んだ発光用デバイスが開示されている。図示の太陽電池パネルにおいては、複数のソーラセルが同一平面上に複数列に整列され、各列のソーラセルが正極線材と負極線材によって並列接続され、隣接する列のソーラセルが連結部によって直列接続され、この直並列接続されたソーラセルはパネル状に透明な被覆材で被覆されている。これらの太陽電池には、外部に露出した正極端子と負極端子を形成したので、複数の太陽電池を直列接続や並列接続や直並列接続可能に構成されている。これらの太陽電池の導電性線材と被覆材を可撓性のある部材で形成することで変形可能になる。ソーラセルを発光ダイオードにすることで発光デバイスにすることも可能である。
2004001858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の粒状の光電変換機能又は電光変換機能を有する半導体素子を少なくとも１列状に並べて組み込んだ受光又は発光用デバイスにおいて、
前記各半導体素子はその中心を挟む両端部にスポット状に設けられた１対の電極を有し、
各列の複数の半導体素子を並列接続する１対の導電性線材と、
全部の半導体素子と導電性線材を埋め込み状に被覆する透明な被覆材と、
を設けたことを特徴とする受光又は発光用デバイス。
【請求項２】
複数の半導体素子が１列に整列され、前記導電性線材と被覆材とが可撓性を有し、可撓性のある紐のように構成されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の受光又は発光用デバイス。
【請求項３】
複数の半導体素子が同一平面上に複数列に整列され、前記導電性線材と被覆材とが可撓性を有し、可撓性のあるパネル状に構成されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の受光又は発光用デバイス。
【請求項４】
複数の半導体素子が同一平面上に複数列に整列され、前記被覆材が硬質の合成樹脂で構成され、硬質のパネル状に構成されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の受光又は発光用デバイス。
【請求項５】
各列の半導体素子が、その列と隣接する列の半導体素子に前記導電性線材により直列接続されたことを特徴とする請求の範囲第３項又は４項に記載の受光又は発光用デバイス。
【請求項６】
前記半導体素子は、ｐ形又はｎ形の半導体製の球状の素子本体と、ｐｎ接合とを備え、前記１対の電極がｐｎ接合の両端に接続されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の受光又は発光用デバイス。
【請求項７】
前記半導体素子は、ｐ形又はｎ形の半導体製の円柱状の素子本体と、ｐｎ接合とを備え、前記１対の電極がｐｎ接合の両端に接続されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の受光又は発光用デバイス。
【請求項８】
前記半導体素子が受光素子からなり、太陽光を受光して光電変換する太陽電池パネルであることを特徴とする請求の範囲第３項又は４項に記載の受光又は発光用デバイス。
【請求項９】
前記半導体素子が発光素子からなり、面発光する発光パネルであることを特徴とする請求の範囲第３項又は４項に記載の受光又は発光用デバイス。
【請求項１０】
前記被覆材の表面近傍部に、各列の半導体素子に対応する部分円柱状のレンズ部が形成されたことを特徴とする請求の範囲第３項又は４項に記載の受光又は発光用デバイス。
【請求項１１】
前記被覆材の少なくとも一方の表面に保護膜が形成されたことを特徴とする請求の範囲第３項又は４項に記載の受光又は発光用デバイス。
【請求項１２】
前記被覆材の何れか一方の表面部分に、光を反射させる反射膜を設けたことを特徴とする請求の範囲第３項又は４項に記載の受光又は発光用デバイス。
【請求項１３】
複数の粒状の光電変換機能又は電光変換機能を有する半導体素子を少なくとも１列状に並べて組み込んだ受光又は発光用デバイスを製造する方法において、
複数の半導体素子と、導電性線材が仮止された仮止板と、複数の保持孔を有する保持板を準備する第１工程と、
前記保持板を仮止板の開口部に嵌め、夫々半導体素子を保持孔に載置し、その高さ方向中段位置を保持孔によって保持する第２工程と、
前記半導体素子の１対の電極を導電性線材に電気的に接続する第３工程と、
を備えたことを特徴とする受光又は発光用デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記第３工程において、半導体素子の１対の電極の表面に形成された低融点金属膜に加熱ビームを照射することで、１対の電極を導電性線材に電気的に接続することを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の受光又は発光用デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、粒状の受光又は発光用の半導体素子を線状の導電性部材によって電気的に接続してから、樹脂封止することにより変形可能で簡単に製作できる受光又は発光用デバイス及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】  従来の太陽電池は、ｐ形半導体基盤の表面にｎ形拡散層を形成し、表面側に魚骨状の受光面電極を形成し、裏面側に裏面電極を形成し、全体を平板状のパネル構造に構成したものである。この平板状の太陽電池パネルでは、朝や夕方など太陽電池への太陽光の入射角度が大きくなると、表面での反射率が高くなり、太陽電池内部へ太陽光が入射する割合が低下する。
そこで、従来から、１〜２ｍｍ位の直径の球状の半導体セルからなるソーラセルを用いた太陽電池パネルが種々提案されている。例えば、本願発明者は、ＷＯ９８／１５９８３号公報に示すように、球状半導体素子からなるソーラセルや発光デバイスを提案した。これらのデバイスは、球状のｐ形又はｎ形の単結晶シリコンに拡散層とｐｎ接合と単結晶シリコンの中心を挟んだ両端に位置する１対の電極を形成してある。前記の多数のソーラセルを、多数行多数列のマトリックス状に配置して、直並列接続し、透明な合成樹脂で埋め込み状に封止することで太陽電池パネルとなる。このソーラセルは、１対の電極が両端に形成されているため、複数のソーラセルを直列接続する上で有利であるが、複数のソーラセルをマトリックス状に整列させ、それらの多数のソーラセルを直並列状に接続することは簡単ではない。
例えば、本願発明者は２枚のプリント基板の間に複数のソーラセルをマトリックス状にサンドイッチ的に配置して直並列状に接続することを試みた。
しかし、１対のプリント基板上に複数のソーラセルを精密に位置決めして多数の電極を接続し、その上に他の１枚のプリント基板を重ねて多数の電極を接続しなければならないので、太陽電池パネルの構造が複雑になり、大型化し、部品コスト、組立コストが高価になり、太陽電池パネルの製作コストが高価になる。
ここで、多数の球状のソーラセルをマトリックス状に配置した太陽電池パネルとして、種々の構造のものが提案されている。
特開平６−１３６３３号公報には、２枚のアルミ箔を介して多数のソーラセルを並列接続した太陽電池パネルが提案されている。
特開平９−１６２４３４号公報に記載の太陽電池パネル又は太陽電池シートにおいては、絶縁性の縦糸と、異なる金属被膜を形成した第１、第２横糸とでメッシュを構成し、ｐ形の球状単結晶シリコンの表面に拡散層を形成した球状素子を多数製作し、メッシュの各目に球状素子を配置し、第１横糸を拡散層に接続すると共に第２横糸を球状素子に接続し、それらを合成樹脂にて樹脂封止してある。
この太陽電池パネルでは、特殊な構造のメッシュの製作が容易ではなく、製作コストも高価になる。しかも、球状素子が電極を備えていないため、第１の横糸をｐ形の球状素子と合金化しない物質でコートする必要があり、第２の横糸をｐ形の球状素子と合金化して非整流性接触が可能な物質でコーティングしなければならないため、第１、第２横糸を夫々コーティングする物質が制約され、製作コストを下げるのが難しい。第２の横糸とｐ形の球状素子とを合金化する際に加熱しているが、表面に形成されたｎ形拡散層のドナーが加熱により拡散する虞があるので、ドナーに用いる物質にも制約ができ、加熱温度の制御も困難である。
特開２００１−２１０８３４号公報に記載の光発電パネルにおいては、ｐ形又はｎ形の球状結晶シリコンの表面に拡散層を形成した球状素子を多数製作し、プリント基板に形成した多数の孔に球状素子を嵌め込んで、プリント配線を多数の球状素子の拡散層に接続し、その後プリント基板の裏面側において多数の球状素子の拡散層をエッチングにて除去し、その多数の球状素子を組み込んだプリント基板を別のプリント基板上に載置して、各球状素子の球状結晶をプリント配線に接続する。しかし、この光発電パネルでは、多数の球状発電素子が並列接続されるため、１枚の光発電パネルの起電力を高めることはできないし、２対のプリント基板を採用するため、部品のコスト、組立てコストが高価になり、光発電パネルの製作コストも高価になる。２枚のプリント基板を採用するため、パネル剛性が高くなりやすく、可撓性のある光発電パネルを構成することが難しくなる。上記の何れも、球径を小さくするほど電極間の間隔が小さくなり小形化するのが難しくなる。また、球状発光素子は、独立した電極がないためプリント配線に接続する前に単独で良否判別のテストが不可能である。
本発明の目的は、両端部にスポット状に設けられた１対の独立した電極を有する多数の粒状半導体素子を導電性線材によって接続した受光又は発光用デバイスを提供すること、可撓性のある受光又は発光用デバイスを提供すること、導電性線材の材質の制約が少ない受光又は発光用デバイスを提供すること、多数の粒状半導体素子を並列接続や直並列接続により接続することのできる受光又は発光用デバイスを提供することである。
【発明の開示】
本発明の受光又は発光用デバイスは、複数の粒状の光電変換機能又は電光変換機能を有する半導体素子を少なくとも１列状に並べて組み込んだ受光又は発光用デバイスにおいて、前記各半導体素子はその中心を挟む両端部にスポット状に設けられた１対の電極を有し、各列の複数の半導体素子を並列接続する１対の導電性線材と、全部の半導体素子と導電性線材を埋め込み状に被覆する透明な被覆材とを設けたことを特徴とするものである。
この受光又は発光用デバイスにおいては、中心を挟む両端部にスポット状に設けられた電極を有する複数の半導体素子を少なくとも１列状に並べて組み込み、各列の半導体素子を１対の導電性線材によって並列接続するので、多数の半導体素子の電気的接続を簡単に行うことができる。１対の電極が形成された半導体素子を組み込むので、受光又は発光用デバイスの製造工程において、半導体素子と導電性線材の間にオーミックコンタクトを形成する複雑な工程が必要となり、半田等の低融点金属によって半導体素子の電極と導電性線材とを容易に電気的に接続することができる。
この受光又は発光用デバイスは、種々の形状に成形可能であり、軟質の被覆材用いることで変形可能となるので、汎用性に優れる。
この発明において、必要に応じて次のような種々の構成を採用してもよい。
（ａ）複数の半導体素子が１列に整列され、前記導電性線材と被覆材とが可撓性を有し、可撓性のある紐のように構成される。
（ｂ）複数の半導体素子が同一平面上に複数列に整列され、前記導電性線材と被覆材とが可撓性を有し、可撓性のあるパネル状に構成される。
（ｃ）複数の半導体素子が同一平面上に複数列に整列され、前記被覆材が硬質の合成樹脂で構成され、硬質のパネル状に構成される。
（ｄ）各列の半導体素子が、その列と隣接する列の半導体素子に前記導電性線材により直列接続される。
（ｅ）前記半導体素子は、ｐ形又はｎ形の半導体製の球状の素子本体と、ｐｎ接合とを備え、前記１対の電極がｐｎ接合の両端に接続される。
（ｆ）前記半導体素子は、ｐ形又はｎ形の半導体製の円柱状の素子本体と、ｐｎ接合とを備え、前記１対の電極がｐｎ接合の両端に接続される。
（ｇ）前記半導体素子が受光素子からなり、太陽光を受光して光電変換する太陽電池パネルである。
（ｈ）前記半導体素子が発光素子からなり、面発光する発光パネルである。
（ｉ）前記被覆材の表面近傍部に、各列の半導体素子に対応する部分円柱状のレンズ部を形成される。
（ｊ）前記被覆材の少なくとも一方の表面に保護膜が形成される。
（ｋ）前記被覆材の何れか一方の表面部分に、光を反射させる反射膜を設ける。
本発明の受光又は発光用デバイスの製造方法は、複数の粒状の光電変換機能又は電光変換機能を有する半導体素子を少なくとも１列状に並べて組み込んだ受光又は発光用デバイスを製造する方法において、複数の半導体素子と、導電性線材が仮止された仮止板と、複数の保持孔を有する保持板を準備する第１工程と、前記保持板を仮止板の開口部に嵌め、夫々半導体素子を保持孔に載置し、その高さ方向中段位置を保持孔によって保持する第２工程と、前記半導体素子の１対の電極を導電性線材に電気的に接続する第３工程とを備えたことを特徴とするものである。
この受光又は発光用デバイスの製造方法によれば、複数の保持孔を備えた保持板を、導電性線材が仮止された仮止板の開口部に嵌め、複数の保持孔に複数の半導体素子を載置して高さ方向中段位置を保持し、半導体素子の１対の電極を導電性線材に電気的に接続するので、前記のような種々の作用効果を奏する受光又は発光用デバイスを簡単にかつ比較的安価に製作することができる。
この製造方法の前記第３工程において、半導体素子の１対の電極の表面に形成された低融点金属膜に加熱ビームを照射することで、１対の電極を導電性線材に電気的に接続してもよい。
【図面の簡単な説明】  図１は本実施形態に係る仮止板と導電性線材の平面図であり、図２は保持板の平面図であり、図３はソーラセルの断面図であり、図４は別のソーラセルの断面図であり、図５は別のソーラセルの断面図であり、図６は保持板を仮止板に嵌め保持孔にソーラセルを嵌め込んだ平面図であり、図７は図６の要部拡大図であり、図８は図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図であり、図９は紐状太陽電池の斜視図であり、図１０は紐状太陽電池の断面図であり、図１１は図９の太陽電池の等価回路の回路図であり、図１２は紐状太陽電池を２列設けた太陽電池の斜視図であり、図１３は図１２の太陽電池の等価回路の回路図であり、図１４は別の実施形態における仮止板と保持板と導電性線材の平面図であり、図１５は図１４の保持孔にソーラセルを嵌め込んだ平面図であり、図１６は保持板を外した状態の図１５の要部拡大図であり、図１７は保持板を除去した状態における図１５のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図であり、図１８は保持板を除去した状態における図１５のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図であり、図１９は図１８の状態においてソーラセルなどを被覆材で被覆した状態の断面図であり、図２０は被覆材とソーラセルと導電性線材の平面図であり、図２１は太陽電池パネルの平面図であり、図２２は図２１の太陽電池パネルの等価回路の回路図であり、図２３は太陽電池パネルの変更形態の断面図であり、図２４は太陽電池パネルの別の変更形態の断面図であり、図２５は太陽電池パネルの別の変更形態の断面図であり、図２６は円筒状の太陽電池の斜視図であり、図２７は図２６の円筒状の太陽電池の等価回路の回路図であり、図２８は球状発光ダイオードの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施形態は、受光用デバイスとしての紐状の太陽電池に本発明を適用した場合の一例である。最初に、この太陽電池の製造方法とその構造について説明する。まず、第１工程において、図１〜５に示すように、１２本の導電性線材４（正極線材４ａ，負極線材４ｂ）が仮止された仮止板１と、保持板２と、例えば１２０個の半導体素子３（以下、ソーラセルという）とを準備する。
仮止板１は、硬質の合成樹脂（例えば、フェノール系、エポキシ系合成樹脂など）などで構成された１〜２ｍｍ程度の厚さの矩形状ものである。
この仮止板１には、保持板２を嵌め込む為の矩形状の開口部５と、開口部５を挟んで前後に対向する位置に正極線材４ａと負極線材４ｂを交互に仮止するための１２本の溝を形成した１対の突条６と形成する。導電性線材４は、可撓性と導電性を有し、例えば直径約０．２〜０．３ｍｍ程度の金属製の線材（例えば、銅、アルミ、銀、金などの線材）である。１２本の線材４は、突条６の溝に夫々仮止されて図示のように整列され、両端部が仮止用のテープ７で止められている。各対の正極線材４ａと負極線材４ｂは、ソーラセル３の直径とほぼ等しい間隔を空けて平行に配置される。保持板２は、仮止板１と同様の硬質の合成樹脂で構成された１〜２ｍｍ程度の厚さのシート状のものであり、仮止板１の開口部５に嵌め込まれる。
図２に示すように、保持板２には、ソーラセル３を嵌め込むための六角形の保持孔８が、例えば、２０行６列のマトリックス状に１２０個形成され、各列の保持孔８が各対の正極線材４ａと負極線材４ｂの間に位置するように形成されている。但し、２０行６列の保持孔８は一例に過ぎず、２０行６列に限定されるものではない。
図３に示すように、粒状のソーラセル３は、ｐ形単結晶シリコンからなる例えば直径１．０〜１．５ｍｍの球状の素子本体１１と、この素子本体１１の表面部に例えばリン（Ｐ）を拡散したｎ形の拡散層１２（厚さ約０．５μｍ）と、素子本体１１と拡散層１２の境界に形成されたほぼ球面状のｐｎ接合１３と、素子本体１１のうちのｐｎ接合が形成されていない一端部に形成された平坦部１４と、素子本体１１の中心を挟む両端部にスポット状に設けられた１対の電極１５，１６（正極１５と負極１６）と、各電極１５，１６の表面に形成された半田被膜と、１対の電極１５，１６を除いて拡散層１２の表面に形成されたパッシベーション用のＳｉＯ２の被膜１７（厚さ約０．４μｍ）とを有するものである。
このソーラセル３は、例えばＷＯ９８／１５９８３号公報に、本願の発明者が提案した方法で製作することができる。この製造方法においては、ｐ形シリコンの小片を溶融させて、落下チューブの上端部から自由落下させ、表面張力の作用で球形に保持しつつ落下する間に放射冷却で凝固させて真球状の単結晶シリコンを作る。その真球状の単結晶シリコンに、公知のエッチングやマスキングや拡散処理等の技術により、拡散層１２と、平坦部１４と、１対の電極１５，１６と、パッシベーション用の被膜１７とを形成する。
前記１対の電極１５，１６は、例えば夫々アルミニウムペースト、銀ペーストを焼成して形成するが、電極１５，１６の直径は約３００〜５００μｍであり、厚さは約２００〜３００μｍである。但し、電極１５，１６はメッキ法により形成してもよく、その他の方法で形成してもよい。各ソーラセル３は、光強度１００ｍＷ／ｃｍ２の太陽光を受光すると開放電圧約０．６Ｖの光起電力を発生する。但し、ソーラセル３は、ｎ形シリコンの素子本体にｐ形の拡散層を形成し、前記同様の１対の電極やパッシベーション用の被膜を形成したものでもよい。或いは、図４に示すように、ソーラセル３の平坦部１４を形成せずに真球状のままの素子本体１１ａに、拡散層１２ａ、ｐｎ接合１３ａ、電極１５ａ，１６ａ、ＳｉＯ２の被膜１７ａなどを形成した球状のソーラセル３Ａを用いてもよい。
また、粒状の半導体素子は必ずしも球状のものである必要はなく、図５に示すように、短円柱状のソーラセル３Ｂであってもよい。このソーラセル３Ｂは、ｐ形単結晶シリコンの短円柱状の素子本体１１ｂ（例えば、１．０〜１．５ｍｍφ、１．０〜１．６ｍｍＬ）と、その表面部のｎ形の拡散層１２ｂと、ｐｎ接合１３ｂと、ボロン（Ｂ）を拡散させた厚き約０．２μｍのｐ＋形拡散層１８と、素子本体１１ｂの軸心方向の両端部に形成された１対の電極１５ｂ，１６ｂ（正極１５ｂと負極１６ｂ）とＳｉＯ２からなるパッシベーション用の被膜１７ｂなどを備えたものである。
次に、第２工程において、図６に示すように、仮止板１の開口部５に保持板２を嵌め込み、保持板２に形成された１２０個の保持孔８に、ソーラセル３を夫々嵌め込んでいく。これらのソーラセル３は、図７に示すように、導電方向を揃えて保持孔８に載置し、高さ方向中段位置を保持孔８で保持し、正極１５の半田被膜を正極線材４ａに密着きせ、負極１６の半田被膜を負極線材４ｂに密着させる。保持孔８からソーラセル３が保持孔８から脱落しないように、図８に示すように作業台２０の上に仮止板１と保持板２を載置した状態で、ソーラセル３を装着する。
次に、第３工程において、図７と図８に示すように、正極線材４ａと電極１５の半田被膜との接触部と、負極線材４ｂと電極１６の半田被膜との接触部に、加熱用のビーム２１（レーザビームや赤外線ビーム）を照射し、正極線材４ａと電極１５を電気的に接続すると共に、負極線材４ｂと電極１６を電気的に接続する。こうして、各列の複数のソーラセル３を線材４ａ，４ｂを介して並列接続する。
次に、第４工程において、仮止板１の開口部５から保持板２を抜き取り、各列のソーラセル３と線材４ａ，４ｂに、軟質の透明な合成樹脂（例えば、ＥＶＡ樹脂、シリコーン樹脂など）を半溶融状態にして上下両面からコーティングする。
次に、仮止板１と共に６列のソーラセル３を、成形装置の所定の金型にセットし、適度な押圧力で圧縮成形し、図９、図１０に示すように、線材４ａ，４ｂと２０個のソーラセル３を埋め込み状に被覆する被覆材２２を成形する。このように成形後、被覆材２２で被覆された各列の２０個のソーラセル３を、仮止板１から外し余分な線材４ａ，４ｂを切断すると、図９に示すような、約１０ｃｍの長さの円柱形状で可撓性のある紐状の太陽電池２３が完成する。この紐状の太陽電池２３におけるソーラセル３をダイオード記号で図示すると、この太陽電池２３の等価回路２４は図１１に示すようになる。２０個のソーラセル３が並列接続され、正極線材４ａの端部が正極端子２５ａとなり、負極線材４ｂの端部が負極端子２５ｂとなる。
この紐状の太陽電池２３の作用、効果について説明する。
各ソーラセル３は、光強度１００ｍＷ／ｃｍ２の太陽光を受光すると約０．６Ｖの光起電力を発生するため、紐状の太陽電池２３の最大起電力は約０．６Ｖである。この紐状の円柱形の太陽電池２３は、透明な光透過性の被覆材２２で被覆されているため、被覆材２２内へ入射した光の大部分がソーラセル３へ到達するため、光の利用率が高く、発電効率が高い。
この紐状の太陽電池２３を複数本並べて、それらを直列接続したり、並列接続したり、直並列したりして、所望の電圧と電流の光起電力を発生する可撓性のある薄型の軽量な太陽電池を構成することができる。このような可撓性のある薄型の軽量な太陽電池は、モバイル型の種々の電子機器などの電源に適用できる可能性がある。
この太陽電池２３の製造工程において、保持板２の複数の保持孔８に複数のソーラセル３を夫々組み込んで、各ソーラセル３の高さ方向中段位置を保持し、各ソーラセル３の電極１５，１６を線材４ａ，４ｂに導電可能に接続するため、多数のソーラセル３の配置、位置決め、線材４ａ，４ｂへの電気的接続を簡単に能率的に行うことができる。
次に、前記の実施形態を部分的に変更する種々の例について説明する。
紐状の太陽電池２３の形状は、円柱状以外に、角柱の形状でもよく、楕円柱の形状でもよく、その他の断面形状でもよい。また、紐状の太陽電池２３を棒状のまま使用する場合には、被覆材２２を硬質の合成樹脂（例えば、フェノール系、エポキシ系合成樹脂など）で可撓性のない構造に構成してもよい。
或いは、図１２に示すように、複数（例えば、２本）の紐状の太陽電池２３を接近させて並べ、それらの被覆材２２Ａを一体形成した太陽電池２３Ａに構成してもよい。この太陽電池２３Ａにおいては、各列のソーラセル３は線材４ａ，４ｂにより並列接続され、２列のソーラセル３は正極線材４ａと負極線材４ｂを介して直列接続され、図１３の等価回路に示すように、その光起電力は約１．２Ｖになる。
次に、本発明の別実施形態に係る太陽電池パネルについて、図１４〜図２２に基づいて説明する。この実施形態は受光デバイスとして平面状または平板状の太陽電池パネルに本発明を適用した場合の一例であり、この太陽電池パネルの製造方法と、その構造について説明する。但し、前記実施形態のものと同様のものに同一又は同様の符号を付して説明を省略し、前記実施形態における工程と同様の工程についても説明を省略する。
まず、第１工程において、前記実施形態と同様に、仮止板１Ａと、保持板２Ａと、複数（例えば、１２００個）のソーラセル３を準備する。
図１４に示すように、仮止板１Ａは前記仮止板１と同様のもので、開口部５と、１対の突条６が形成されている。この仮止板１Ａは後工程において太陽電池パネル３０を被覆する被覆材３３（図１９参照）と一体化されるため、被覆材３３と同じ軟質の合成樹脂で構成される。
可撓性と導電性を備えた導電性線材３１として、複数の正極線材３１ａと、複数の負極線材３１ｂが設けられ、これらは、前記線材４ａ，４ｂと同様に、１対の突条６の溝に仮止めされて図示のように整列されている。
各列の正極線材３１ａと、それに隣接する列の負極線材３１ｂとは、連結部３１ｃにより連結されている。複数の線材３１ａ，３１ｂの一端側部分は仮止用のテープ７で仮止されている。左端側の正極線材３１ａに連なる正極端子３４ａと、右端側の負極線材３１ｂに連なる負極端子３４ｂは、夫々、仮止用のテープ７ａにより仮止されている。
保持板２Ａは、前記保持板２とほぼ同様のものであるが、この保持板２Ａには、１０行１２列のマトリックス状に１２００個の六角形の保持孔８が形成されている。各列の保持孔８は、対応する各組の線材３１ａ，３１ｂの間に位置している。ソーラセル３は、前記実施形態のソーラセルと同様のものであるので説明を省略する。
次に、第２工程において、図１４に示すように、保持板２Ａを仮止板１Ａの開口部５に嵌め込み、次に図１５に示すように、保持板２Ａの各保持孔８にソーラセル３を導電方向を揃えた状態で載置し、各ソーラセル３の電極１５を線材３１ａに密着させ、電極１６を線材３１ｂに密着させる。
次に、第３工程において、前記実施形態と同様に、加熱用ビームを照射することにより、各列のソーラセル３の電極１５，１６の半田被膜を正負の線材３１ａ，３１ｂに電気的に接続させる。
次に、第４工程において、図１６〜図１８に示すように、保持板２Ａを仮止板１Ａから取り外す。次に、図１９、図２０に示すように、仮止板１Ａに線材３１ａ，３１ｂを介して位置決め保持した多数のソーラセル３の上下両面に、透明な軟質の合成樹脂（例えば、ＥＶＡ樹脂、シリコーン樹脂など）の半溶融状態の液を約５００〜７００μｍの厚さにコーティングし、それらを成形機の所定の金型にセットし、適度な押圧力で圧縮成形することにより、線材３１と全部のソーラセル３を埋め込み状に被覆する被覆材３３を形成する。このとき、正負の端子３４ａ、３４ｂは被覆材３３により被覆しない。その後、正負の端子３４ａ、３４ｂを分断することなく、被覆材３３の外形輪郭線の位置で分断すると、図２１に示すような薄い板状またはシート状の太陽電池パネル３０が完成する。
被覆材３３の表面には、太陽光の受光性能を高めるために、各列に対応するように部分円柱状のレンズ部３５（図１９参照）が形成されている。
このレンズ部３５は入射した太陽光を集光してソーラセル３へと入射させる。但し、この太陽電池パネル３０を所定の場所に設置して使用する場合には、レンズ部３５は片面にのみ形成してもよく、または、部分円柱状ではなく半球状のレンズ部を各ソーラセル３に対応するように形成してもよい。
この太陽電池パネル３０は、上方から入射する太陽光を受光して発電するように構成されているため、太陽電池パネル３０の上面が受光側の面であり、下面が反受光側の面である。この太陽電池パネル３０では、被覆材３３が軟質の合成樹脂で構成されているため可撓性を有する。
この太陽電池パネル３０のソーラセル３をダイオード記号で図示すると、この太陽電池パネル３０の等価回路３６は図２２のようになる。各列のソーラセル３は、線材３１ａ、３１ｂによって並列接続され、各列のソーラセル３とそれに隣接する列のソーラセル３は連結部３１ｃにより直列接続されている。
この太陽電池パネル３０の作用、効果について説明する。
各ソーラセル３は、太陽光を受光すると約０．６Ｖの光起電力を発生するので、各列のソーラセル３も約０．６Ｖの光起電力を発生する。この太陽電池パネル３０においては、１２列のソーラセル３が直列接続されているため、最大の光起電力は約７．２Ｖである。尚、７．２Ｖ以上の光起電力が必要な場合には、複数の太陽電池パネル３０を各端子３４ａ、３４ｂを介して直列接続すればよい。また、光起電力の電流を大きくしたい場合には、複数の太陽電池パネル３０を並列接続すればよく、電圧も電流も大きくしたい場合には、複数の太陽電池パネル３０を直並列接続すればよい。
この太陽電池パネル３０は、家庭用のソーラ発電システム、自動車や電車や船舶等の移動体における種々のソーラ発電システム、電子機器や電気機器の為の電源として用いるソーラセル発電システム、或いは、充電器などその他種々のソーラ発電システムに適用することができる。被覆材３３は軟質の合成樹脂でもって可撓性のある構造に構成されているため、太陽電池パネル３０を曲面状に配置したり、円筒状に配置することが可能である。そのため、建物や移動体などその種々の物体の曲面状の表面に沿わせる状態に配置して使用することも可能である。例えば、自動車のボディの表面やノートパソコンの筐体に貼り付けた形態でも使用することができる。尚、線材３１も可撓性があるので、成形時に太陽電池パネル３０を曲面状に成形することも可能である。
この太陽電池パネル３０においては、保持板２Ａに形成された保持孔８にソーラセル３を配置して、その高さ方向の中段位置を保持し、各ソーラセル３の電極１５，１６と線材３１ａ，３１ｂを加熱用ビームにより接合するので、多数のソーラセル３の配置、位置決め、電気的接続を簡単に能率よく行うことができる。
線材３１ａ，３１ｂにより、多数のソーラセル３が直並列接続されているので、日陰や故障により作動不良のソーラセル３が存在しても、正常なソーラセル３で発生した電流は作動不良のソーラセル３を迂回して流れるため、出力の低下が最小限にとどまり、且つ、信頼性に優れる。また、太陽電池パネル３０に複数のレンズ部３５を形成してあるため、太陽光の入射角が変化しても、表面での反射を抑制し太陽光を集光してソーラセル３に入射させるので太陽光を利用する光利用率を高めることができる。
但し、太陽電池パネル３０を平面的に配置して使用する場合には、被覆材３３を透明な硬質の合成樹脂材料（例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリカーボネート等）で構成してもよい。
次に、前記の太陽電池パネル３０の構造及び製造方法を部分的に変更する例について説明する。
１〕図２３に示すように、太陽電池パネル３０Ａの表面に硬質の合成樹脂製の保護膜３７を形成する。保護膜３７により被覆材３３が保護することができ、耐久性を確保し、性能低下を防止できる。そして、太陽電池パネル３０Ａを固定的に設置して使用する場合には、太陽光の入射面と反対側の面に反射膜３８又は反射板を設けることで、ソーラセル３で受光されなかった光をソーラセル３の方へ反射させて、発電効率を高めることができる。
２〕図２４に示す太陽電池パネル３０Ｂにおいては、上下両面が平面に構成され、上下両面に硬質合成樹脂製の保護膜３７Ａやガラス製の保護板が設けられている。
３〕図２５に示す太陽電池パネル３０Ｃにおいては、上下の両面が平面に形成され、上面に硬質合成樹脂製の保護膜３７Ａが設けられ、下面に金属膜又は金属板製の反射膜３８Ａが設けられている。太陽光の入射側に保護膜３７Ａの形成された上面を向けて設置することで、太陽電池パネル３０Ｃを透過した太陽光も反射膜３８Ａによって反射されて利用されるので発電効率が向上する。
４〕図２６に示す円筒状の太陽電池４０は、ガラス、透明又は不透明の合成樹脂又は金属製の内筒４１と、この内筒４１の表面に円筒状に湾曲させて貼り付けた可撓性の太陽電池パネル４２と、この太陽電池パネル４２に外嵌させたガラスまたは透明な合成樹脂の表面保護体としての外筒４３等で構成されている。
この太陽電池パネル４２には、前記の太陽電池パネル３０と同様に、ソーラセル３が複数行複数列のマトリックス状に設けられている。この太陽電池４０の等価回路４４（図２７参照）のように、正極端子４５ａ、負極端子４５ｂも設けられる。
但し、前記内筒４１の代わりに、前記と同様の材料からなる半円筒体、部分円筒体、中空球体、半中空球体、部分中空球体、または、湾曲面を有する湾曲面体を採用し、これらの表面に受光パネルを貼り付け、この発光パネルの表面にガラスまたは透明な合成樹脂製の表面保護体を貼り付けてもよい。
５〕前記太陽電池パネルにおける被覆材を構成する合成樹脂としては、種々の透明な合成樹脂（例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリカーボネート、ポリイミド、メタクリル等々）を適用可能である。或いはまた、前記の仮止板１Ａと被覆材３３の両方を可撓性のある合成樹脂で構成して、太陽電池パネルを変形容易にしてもよい。
６〕前記実施形態においては、中実状のソーラセル３を例として説明したが、光電変換機能のある中空状のソーラセル（図示略）を採用することも可能である。この中空状のソーラセルは、ｐ形（又はｎ形）シリコンからなる素子本体１１が中空のものである。この中空状素子本体を製作する場合は、石英製のるつぼ内で溶融させたｐ形シリコンを石英製のノズル先端から落下チューブ内に気泡を包む液滴を滴下させて、落下中に真球状に凝固させることになる。この場合、溶融状態のｐ形シリコンを石英製のノズルの先端から落下チューブ内を落下させる直前に、溶融状態のシリコンの液滴内にアルゴン等の所定量の不活性ガスを充填させることにより、気泡を含む液滴を形成することができる。
７〕前記太陽電池パネルのソーラセルは半導体としてシリコンを採用した場合を例として説明したが、ソーラセル３の素子本体を構成する半導体としては、ｐ形又はｎ形のＧｅを適用可能であり、種々の化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ等々）も適用可能である。
８〕太陽電池パネルで発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ回路、種々のスイッチ類及び配線等を太陽電池パネルの外周側の余分のスペースに組み組むことも可能である。
９〕前記実施形態は、受光パネルとしての太陽電池パネルであって、粒状の半導体素子としてのソーラセル３を採用した太陽電池パネルを例として説明した。しかし、ソーラセル３の代わりに電光変換機能のある粒状の発光ダイオードを採用し、それら発光ダイオードを複数段に直列接続し、格段の発光ダイオードにほぼ所定の直流電圧が印加されるように構成すれば、面発光する発光パネルやディスプレイを構成することができる。
このような粒状の発光ダイオード（球状の発光ダイオード）の製造方法は、本願発明者がＷＯ９８／１５９８３号公報に提案した方法と同様であるので、ここでは、球状発光ダイオードの構造について簡単に説明する。
図２８に示すように、球状発光ダイオード５０は、直径１．０〜１．５ｍｍのｎ形ＧａＡｓからなる素子本体５１と、その表面近傍部に形成されたほぼ球面状のｐ形拡散層５２と、ほぼ球面状のｐｎ接合５３と、陽極５４及び陰極５５と、蛍光体被膜５６等からなる。素子本体５１は、ｐｎ接合５３から発生する赤外線のピーク波長が９４０〜９８０ｎｍとなるようにＳｉを添加したｎ形ＧａＡｓから構成されている。ｐ形拡散層５２は、Ｚｎのｐ形不純物を熱拡散させたものであり、ｐ形拡散層５２の表面の不純物濃度は２〜８×１０１９／ｃｍ３である。
蛍光体被膜５６は、発光させる光の色に応じた異なる蛍光物質が採用される。
赤色光を発光させる蛍光物質としては、Ｙ０．７４Ｙｂ０．２５Ｅｒ０．０１ＯＣｌが適用され、緑色光を発光させる蛍光物質としてはＹ０．８４Ｙｂ０．１５Ｅｒ０．０１Ｆ３が適用され、青色光を発光させる蛍光物質としてはＹ０．６５Ｙｂ０．３５Ｔｍ０．００１Ｆ３が適用される。前記の陽極５４（厚さ１μｍ）はＺｎを１％添加したＡｕで構成され、陰極５５（厚さ１μｍ）はＧｅとＮｉを少量添加したＡｕで構成されている。
この粒状の発光ダイオード５０においては、陽極５４から陰極５５に約１．４Ｖの電圧が印加されると、ＧａＡｓのｐｎ接合５３から波長約９４０〜９８０ｎｍの赤外線が発生し、その赤外線により蛍光体被膜５６の蛍光物質が励起されて赤外線が蛍光物質に応じた可視光（赤色光、緑色光又は青色光）に変換されて蛍光体被膜の全面から外部へ出射される。
例えば、前記太陽電池パネル３０の全てのソーラセル３を赤色光を発光する発光ダイオードを装着し、陽極側の端子から陰極側の端子に約１．４Ｖの直流電圧を印加すると、１２０個の発光ダイオードで赤色光を面発光する発光パネルとなる。同様にして、緑色光を発光させる発光パネル、青色光を発生させる発光パネルを構成できる。
更に、単色又は複数色で文字や記号や画像を表示可能なディスプレイとして適用できる発光パネルを構成することもできる。前記のＷＯ９８／１５９８３号公報に提案したように、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ（赤、緑、青）用の粒状発光ダイオードを組み込んだカラーのディスプレイ又はカラーテレビを構成することもできる。但し、発光パネルに組み込む発光ダイオードの種類とその組み合わせ、複数の発光ダイオードの配置形態（複数行複数列のマトリックス配置形態における行数と列数）などについては、ディスプレイやテレビのサイズや機能に応じて設定される。また、粒状の発光ダイオード５０の素子本体５１の直径は前記に限定されるわけではなく、１．０ｍｍ以下、或いは１．５ｍｍ以上とすることも可能である。
また、前記の球状の発光ダイオード５０の素子本体５１としては、中空状の素子本体を適用することもできるし、或いは、中空部の代わりに絶縁体からなる絶縁球体を組み込んだ素子本体を適用することもできる。
また、平面状のパネルのみならず、図２６のように円筒状に形成した発光デバイスとしてもよい。尚、前記発光ダイオード用の半導体素子としては、前記の素子本体を構成する半導体素子としてのＧａＡｓの代わりに、ＧａＰ、ＧａＮ、その他種々の半導体を適用可能であり、形状も球状にこだわる必要はなく、円柱状などでもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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