專利名稱：受光或發(fā)光用半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及受光或發(fā)光用半導體裝置，特別涉及用具有透光性的外殼構件覆蓋具有受光或發(fā)光功能的球形半導體器件的外表面、以改善其聚光性能或光發(fā)射性能的裝置，可適用于太陽能電池、照明裝置、顯示裝置等各種用途。
背景技術：
以往，人們研究出一種技術，在p型或n型半導體構成的直徑小的球形半導體元件的表面通過擴散層形成pn結，使這些大量的球形半導體元件和公共的電極并聯(lián)連接，應用于太陽能電池、或半導體光催化劑。
在美國專利第3,998,659號公報中揭示了以下的例子，即在n型球形半導體的表面形成P型擴散層，使大量的球形半導體的擴散層與公共的薄膜狀的電極(正極)連接，同時大量的球形半導體的n型芯部還與公共的薄膜狀的電極(負極)連接，這樣構成太陽能電池。
在美國專利第4,021,323號公報中揭示了一種太陽能轉換器(半導體組件)，它是將P型球形半導體元件和n型球形半導體元件串聯(lián)配置，使這些半導體與公共的薄膜狀的電極連接，同時還使這些半導體元件的擴散層和公共的電解液接觸，讓太陽光照射，使電解液產(chǎn)生電解。
在美國專利第4,582,588號公報或美國專利第5,469,020號公報中揭示的采用球形單元的組件中，因為采用與薄片狀的公共電極連接來安裝各球形單元，所以也適用于并聯(lián)連接多個球形單元，但這種方法不適宜多個球形單元串聯(lián)連接。
另外，本發(fā)明的發(fā)明者如美國專利第6,204,545號公報或美國專利第6,294,822號公報所示，提出一種方案，即在由P型半導體或n型半導體構成的球形半導體元件上形成擴散層、pn結及1對電極的顆粒狀發(fā)光或受光半導體器件，還在美國專利第6,204,545號公報中提出一種半導體組件的方案，即將眾多的半導體器件串聯(lián)連接，或將該多個串聯(lián)連接體再并聯(lián)連接，能適用于太陽能電池、供水電解等的光催化劑裝置、各種發(fā)光器件、或彩色顯示器等。在這種半導體組件中，若因任一串聯(lián)連接體中任一半導體器件故障而呈開路狀態(tài)，則在包含該半導體元件的串聯(lián)電路上就沒有電流流過，該串聯(lián)連接體中其它正常的半導體器件也變成功能停止狀態(tài)，半導體組件的輸出降低。
因此，本申請的發(fā)明者提出多個國際專利申請，該申請著眼于一種串并聯(lián)連接結構，它將多個半導體單元配置成矩陣狀，串聯(lián)連接各列的半導體單元，同時還并聯(lián)連接各行的半導體元件。
但是，在美國專利第6,204,545號公報的半導體組件中，由于采用通過半導體單元電極之間互相連接而串聯(lián)連接多個半導體單元、并將多列這種串聯(lián)連接體在平面上并排的結構，另外，因半導體單元的一對電極又非常小，所以采用所述串并聯(lián)連接結構時，制造技術復雜，難以制造大型的半導體組件，半導體組件的制造成本亦增加。
如前所述，本發(fā)明的發(fā)明者提出的球形半導體器件因為是直徑1～3mm左右的小直徑的器件，故例如在構成太陽能電池板或發(fā)光面板時，要將大量球形半導體器件以數(shù)mm的間隔作矩陣狀配置。這時，需要非常多數(shù)量的球形半導體器件，制作費用也高。因此，考慮到在太陽能電池板的情況下，因對各列球形半導體器件附設聚光用柱面聚光透鏡，故加大列間的間隔，從而能減少所需球形半導體器件的數(shù)量。但是，需要根據(jù)太陽光的入射方向相應改變聚光透鏡的位置、姿勢，而能可活動地支持聚光透鏡并進行姿勢控制用的機構因為其結構復雜，而且昂貴，故實用性差。
另外，在用于照明、或顯示裝置的發(fā)光面板的情況下，小粒的球形半導體器件發(fā)出的光的亮度容易過高，難以構成以適度的亮度柔和地發(fā)光的發(fā)光面板。
本發(fā)明之目的在于提供一種提高將光聚光于受光用球形半導體器件的聚光功能的受光用半導體器件、一種呈多行、多列配置的多個球形半導體器件中不容易因部分球形半導體器件的故障而受到影響并能提高聚光功能的受光用半導體器件、一種以列為單位并聯(lián)連接配置成一列或多列的多個球形半導體器件并能提高聚光功能的受光用半導體器件、及一種使發(fā)光用球形半導體器件發(fā)出的光擴散的光擴散功能提高的發(fā)光用半導體裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及的受光或發(fā)光用半導體裝置，具有受光功能或發(fā)光功能的至少1個的球形半導體器件，所述球形半導體器件包括外形為球形的P型或n型的半導體晶體、在該半導體晶體的表層形成近似球面形的pn結、及連接該pn結的兩端并隔著pn結的曲率中心而位于兩側的一對電極，并設置外殼構件，該外殼構件用具有所述球形半導體器件的直徑1/4以上厚度的透光性壁覆蓋球形半導體器件的外表面，其外表面做成球面或部分球面而構成。
在該半導體裝置為受光用半導體裝置的情況下，外來光射入外殼構件的外表面，該入射光之大部在表面折射，射入外殼構件的內部，到達球形半導體器件，產(chǎn)生光電動勢。由于外殼構件外表面做成球面或部分球面，所以即使改變入射光的入射方向，也和前述一樣到達球形半導體器件產(chǎn)生光電動勢。
由于外殼構件用具有球形半導體器件的直徑1/4以上的厚度的透光性壁覆蓋球形半導體器件的外表面，所以外殼構件能發(fā)揮其聚光功能，擴大各球形半導體器件周圍的受光面積，增大到達各球形半導體器件的光量。
在該半導體裝置為發(fā)光用半導體裝置的情況下，從近似球面形的pn結產(chǎn)生的光幾乎向所有的方向發(fā)射，從外殼構件的球面或部分球面形的外表面向外界發(fā)射。由于外殼構件用具有球形半導體器件的直徑1/4以上的厚度的透光性壁覆蓋球形半導體器件的外表面，所以能發(fā)揮外殼構件擴散光的作用，擴大發(fā)光光源的大小，緩和發(fā)光光源射出的光的亮度，向外射出柔和的光。
這里，也可根據(jù)需要采用以下的構成。
(a)所述外殼構件可以有形成該外殼構件的外表面部分的球形透光封殼、及由充填在該封殼內并使其固化的透光性合成樹脂形成的充填材料。
(b)在所述外殼構件的外表面上形成大量微小的光漫反射面。
(c)設置分別與所述球形半導體器件的1對電極連接、并貫穿外殼構件一直延伸至外殼構件外表面的1對電極構件。
(d)以多行多列的矩陣形式配置用外表面做成球面的所述外殼構件分別覆蓋的多個球形半導體器件，設置電氣串聯(lián)連接各行或各列的多個球形半導體器件的串聯(lián)連接機構、及電氣并聯(lián)連接各行或各列的多個球形半導體器件的并聯(lián)連接機構。
(e)多個球形半導體器件配置成多行多列的矩陣狀，設置電氣并聯(lián)連接各行或各列的多個球形半導體器件的導電連接機構，所述外殼構件具有分別覆蓋多個球形半導體器件的近似球形的多個外殼部分、及和多個外殼部分做成一體的板狀部分。
(f)所述導電連接機構由用多根導體線和與這些多根導體線垂直配置的多根絕緣線構成的網(wǎng)狀結構中的所述多根導體線構成。
(g)本發(fā)明的其它受光或發(fā)光用半導體裝置，具有受光功能或發(fā)光功能的多個球形半導體器件，所述各球形半導體器件包括外形為球形的P型或n型的半導體晶體、在該半導體晶體的表層形成的近似球面形的pn結、及與該pn結兩端連接并隔著pn結的曲率中心而位于兩側的1對電極，將所述多個球形半導體元排成一列配置，設置電氣并聯(lián)連接這些多個球形半導體器件的導電連接機構，還設置外殼構件，該外殼構件用具有所述球形半導體器件的直徑1/4以上厚度的透光性壁共同覆蓋多個球形半導體器件的外表面，具有圓筒形的外表面。
(h)本發(fā)明其它的受光或發(fā)光用半導體裝置，具有受光功能或發(fā)光功能的多個球形半導體器件，所述各球形半導體器件包括外形為球形的P型或n型半導體晶體、在該半導體晶體的表面形成的近似球面形的pn結、及連接該pn結兩端并隔著pn結的曲率中心而位于兩側的1對電極，多列配置所述多個球形半導體器件，設置以列為單位電氣并聯(lián)連接這些多列中的各個多個球形半導體器件的導電連接機構，還設置外殼構件，該外殼構件用具有厚度大于和所述球形半導體器件的直徑大致相等的厚度的透光性壁共同覆蓋多個球形半導體器件的外表面，還具有分別覆蓋多列球形半導體器件的近似圓柱形的多個圓柱部分。
(i)所述球形半導體器件具有包括所述pn結在內的光電動勢發(fā)生部分。
(j)所述球形半導體器件具有包括所述pn結在內的電光變換部分。


圖1為球形半導體器件的放大剖視圖。
圖2為太陽能球的放大剖視圖。
圖3為圖2的太陽能球的放大側視圖。
圖4為外殼構件的主要部分放大剖視圖。
圖5為表示液狀透明合成樹脂充填入封殼內部的狀態(tài)的放大剖視圖。
圖6、圖7為用于分別說明受光時光的行為的太陽能球的放大剖視圖。
圖8為將圖2的太陽能球多行、多列地配置成太陽能電池板的主要部分放大俯視面。
圖9為沿圖8的IX-IX線的放大剖視圖。
圖10為圖8的太陽能電池板的等效電路的電路圖。
圖11為將圖10的等效電路進行部分變更后的等效電路部分圖。
圖12為涉及變更例的太陽能球的放大剖視圖。
圖13為形成圖12的太陽能球形狀的金屬模具和球形太陽能球及1對電極構件的放大剖視圖。
圖14為涉及別的變更例的太陽能球的放大剖視圖。
圖15～圖17為與涉及其它實施形態(tài)的太陽能球有關的附圖，其中圖15為太陽能電池板時主要部分放大俯視圖，圖16為沿圖15的XVI-XVI線剖視圖，圖17為沿圖15的XVII-XVII線剖視圖。
圖18～圖21為與涉及其它實施形態(tài)的太陽能電池板和太陽能電池帶有關的附圖，圖18為太陽能電池板的俯視圖，圖19為外殼的側視圖，圖20為太陽能電池帶的放大剖視圖，圖21為沿圖20的XXI-XXI線的剖視圖。
圖22為涉及變更例的太陽能電池板局部放大剖視圖。
圖23為涉及其它實施形態(tài)的發(fā)光球的放大剖視圖。
具體實施例方式
以下，參照

實施本發(fā)明的最佳形態(tài)。
首先，對組裝入作為受光用半導體裝置的太陽能電池板的球形太陽能電池1進行說明。此外，該球形太陽能電池1相當于球形半導體器件。
圖1為球形太陽能電池1的放大剖面圖，該球形太陽能電池1將由電阻率1Ωm左右的P型硅單晶形成的直徑約0.6～2.0mm的球狀晶體2作為原材料而構成。該球形晶體2的下端形成直徑約0.6mm的平坦面3，在該球形晶體2的表面形成將磷(P)擴散而成的n+型擴散層4(厚約0.4～0.5μm)和近似球面形的pn結5。還有，所述平坦面3的直徑0.6mm為直徑2.0mm的球形晶體2時的大小。
隔著球形晶體2的中心(近似球面形的pn結5的曲率中心)對向的兩端部上設置1對電板6、7(正極6、負極7)，正極6配置在平坦面3，正極6連接球形晶體2，負極7連接n+型擴散層4。除正極6和負極7以外的整個表面上形成由SiO2或TiO2的絕緣膜構成的防反射膜8(厚約0.6～0.7μm)。正極6例如用鋁糊燒結而成，負極7用銀糊燒結而成。
這樣，用本發(fā)明者在美國專利第6,204,545號公報中提出的方法制作球狀晶體2后，通過形成平坦面3、n+型擴散層4、1對電極6、7、防反射膜8，能制成球形太陽能電池1。制作球形晶體2時，采用高度約14m的落下管，作為原料的P型硅的顆粒在落下管的上端的內部加熱熔融后使其一面自由落下，一面利用表面張力的作用，使其保持圓球形，并同時凝固，從而制成大致圓球形的球形晶體2。此外，球形晶體2也可以不用落下管，而利用機械的研磨方式等方法形成球形或大致球形的晶體。
能通過對球形晶體2的一部分進行機械研磨而形成所述平坦面3，因形成了該平坦面3，球形晶體2就不易滾動，能用真空鑷子將其吸附，辨別正極6和負極7。然后，在形成n+型擴散層4時，是在利用SiO2等將球形晶體2的平坦面3及其外周部分遮蔽的狀態(tài)下，用公知的方法或所述公報揭示的方法，使作為n型雜質的磷(P)在球形晶體2的表面上擴散。1對電極6、7、防反射膜8也能用公知的方法或所述公報揭示的方法形成。該球形太陽能電池1具有光電變換功能，接受太陽光后，產(chǎn)生0.5～0.6V的光電動勢。
以下，對用透光性外殼構件11覆蓋所述球形太陽能電池1外表面的結構的作為半導體裝置的太陽能球10進行說明。
圖2為所述太陽能球10的放大剖視圖，該太陽能球10由位于中心部的球形太陽能電池1、以具有太陽能電池1直徑1/4以上的厚度的透光性壁覆蓋該太陽能電池1的外表面的外殼構件11、和1對電極14、15構成。該外殼構件11是使引入球形太陽能電池1的光的光量增大用的構件，該外殼構件11用具有透光性的球殼形的封殼12和充填在該封殼12內的透光性的充填材料13構成。
所述封殼12用透明、絕緣的合成樹脂(例如聚碳酸酯、丙烯樹脂、多芳基化合物、合成樹脂、聚硅酮、聚酯等)或透明玻璃構成，壁厚例如為0.2～1.0mm。為了將太陽能電池1裝在該封殼12內，所以封殼12是通過將1對半球狀的封殼兩等分體12a粘接而構成球形封殼12。
為了盡可能多地將從外部射入該封殼12的光引入封殼12內，在封殼12的外表面上形成如圖4所示的尖尖的棱錐狀的微小凹凸12b。該微小的凹凸12b可能是如圖中所示那樣尖尖的棱錐狀的凹凸體，也可以形成曲率半徑小的部分凸球面。
所述充填材料13為將保持液態(tài)的透明、絕緣合成樹脂(例如合成樹脂、聚硅硐樹脂等為主要成分的充填劑)充入封殼12內后加熱或用紫外線照射而固化。外殼構件11的透光性壁的厚度(從封殼12的表面至太陽能電池1的厚度)最好為太陽能電池1的直徑的1/4以上，在透光性壁厚度比所述直徑的1/4要薄時，幾乎不能得到增大光量的功能。外殼構件11的透光性壁的壁厚如過厚，則無助于引入太陽能電池1的光的光量增加的部分增多，所以最好外殼構件11的透光性壁的壁厚取太陽能電池1的直徑的1/4～5倍左右的厚度。
還有，為了減少封殼12表面對光的反射，最好構成封殼12的材料的折射率盡量接近1.0，構成充填材料13的合成樹脂的折射率盡量大。此外，還可以用多層封殼構成所述外殼構件11的大部分，采取從中心側向外側使光的折射率分段減小的結構。
所述1對電極構件14、15最好用導電性能優(yōu)良的金屬(例如、銅、銀、鎳)構成。一個電極構件14穿過形成于外殼構件11的孔，該電極構件14的前端用焊錫或導電性粘接劑與太陽能電池l的正極6連接，該電極構件14的外端向封殼12外表面的外側凸出規(guī)定長度。另一個電極構件15穿過形成于外殼構件11的孔，該電極構件15的前端用焊錫或導電性粘接劑和太陽能電池1的負極7連接，電極構件15的外端向封殼12的外表面的外側凸出規(guī)定長度。
制作所述太陽能球10時，預先準備好太陽能電池1、1對半球狀封殼兩等分體12a、1對電極構件14、15、充填材料13的液體原料，先將1對電極構件14、15安裝在球形太陽能電池1上，將帶有該1對電極構件14、15的太陽能電池1裝在1對封殼兩等分體12a內后，使上述封殼兩等分體12a對接成球狀，在兩個半球的接觸面上用粘接劑粘合，形成球形封殼12。
接著，如圖5所示，使一個電極構件14從封殼12的一個孔中向外凸出，使另一個電極構件15設置成從封殼12的另一個孔中向內側避開的狀態(tài)，在該狀態(tài)下，如圖中箭頭所示，液態(tài)的充填原料充填入封殼12內，然后將太陽能電池1定位在封殼12內的中心位置上，接著例如通過照射紫外線，使原料固化，形成充填材料13。
如圖6所示，對該太陽能球10的作用進行說明，例如太陽光射入時，由于外殼構件11做成球形，利用折射作用將射入其外表面的光引入中心部，利用外殼構件11的聚光作用，引入球形太陽能電池l的光的光量顯著增大。而且利用封殼12和充填材料13的邊界面上的反射，也能獲得一種將光封閉在內部的作用，所以能增大球形太陽能電池1接受到的光的光量。
還有，在圖6中太陽能球10的封殼12的下半部表面上形成反射膜的情況下，能進一步增大球形太陽能電池1接受到的光的光量。圖7表示太陽光西斜的狀態(tài)，由于外殼構件11的外表面是球面，所以能以和圖6的情況大致相同的條件受光。
以下，對裝入多個所述太陽能球10而構成的太陽能電池板20進行說明。如圖8、圖9所示，該太陽能電池板20由透光和絕緣的合成樹脂制的基板21、在該基板21上多行多列配置的多個太陽能球10、串聯(lián)連接這些太陽能球10的串聯(lián)連接機構22a、并聯(lián)連接各行的太陽能球10的并聯(lián)連接機構22b、及覆蓋基板21和串聯(lián)連接機構22a和并聯(lián)連接機構22b的上側表面的透光的合成樹脂表面罩23等構成。所述基板21例如為30cm×30cm大小，用透明的合成樹脂(例如，聚碳酸酯、丙烯樹脂、多芳基化合物、合成樹脂、聚硅酮、聚酯等)或透明玻璃構成，厚度例如為3.0～5.0mm。在該基板21的上表面形成配置太陽能球10用的近似半球狀的凹部24，隔開規(guī)定間隔形成多行、多列的矩陣狀。如圖8所示，所述串聯(lián)連接機構22a和并聯(lián)連接機構22b用在基板21的上表面的平面部分的、和行方向平行地形成的多條帶狀導電膜25構成。該帶狀導電膜25由透明的導電合成樹脂或金屬膜(例如鎳等)構成。
多個太陽能球10的電極構件14、15都安裝成使其極性一致平行地朝向一個方向，所述太陽能球10裝在多行、多列的凹部24中。例如正極6一側的電極構件14向著圖8的上方，負極7一側的電極構件15向著圖8的下方，各電極構件14、15用焊錫或導電性粘接劑與對應的帶狀導電膜25連接。
即，各行的多個太陽能球10利用其兩側的帶狀導電膜25并聯(lián)連接，各列的太陽能球10通過多條帶狀導電膜25串聯(lián)連接。金屬薄板構成的正極端子26(外部引線)連接電流輸出側終端的帶狀導電膜25，與該電流輸出側終端的帶狀導電膜25相反一側的終端的帶狀導電膜25連接和前述同樣的負極端子27(參照圖10)。
所述基板21的上側表面中，多個太陽能球10以外的部分上形成由透光、絕緣的合成樹脂構成的表面罩23，形成多個太陽能球10的上半部凸出在表面罩23外的狀態(tài)。為防止光向該太陽能電池板20的下面透過，在基板21的下表面形成金屬制反射膜28。但反射膜28不一定是必須的，也可省略。
在該太陽能電池板20上，因能用設在各太陽能球10上的外殼構件11聚光，讓太陽能電池1受光，因此能擴大每一個太陽能電池1所分擔的受光區(qū)。由此，每一個太陽能電池1的發(fā)電量增加，太陽能電池1的利用效率提高，能夠加大太陽能電池1的排列間隔，減少太陽能電池1的需要數(shù)量。因太陽能電池板20的各太陽能球10的側表面為半球狀，所以從3維空間的所有方向來的光都能引入球形太陽能電池1，即使光的射入方向改變，發(fā)電性能也不會降低。
該太陽能電池板20中，假定在將太陽能球10例如配置成5行10列時，該太陽能電池板20的等效電路如圖10所示，由50個太陽能球10的光電動勢產(chǎn)生的電流就從正極端子26流入外部電路。
在該太陽能電池板20中，由于各列的太陽能球10并聯(lián)連接，各行的太陽能球10串聯(lián)連接，所以即使在任何一個太陽能球10由于故障或太陽光被遮住而功能降低或喪失時，也僅僅是那些太陽能球10引起的光電動勢降低或停止，正常的太陽能球10的輸出能通過具有并聯(lián)連接關系的其它太陽能球10分流輸出，所以幾乎不會由于部分太陽能電池1的故障或功能降低而產(chǎn)生不良的影響，成為可靠性及耐用性俱優(yōu)的太陽能電池板20。
這里如圖11所示，最好在負極端子27附近設置防逆流用二極管29。即在該太陽能電池板20與電池連接那樣的情況下，由于在夜間太陽能電池板20停止中，若電流從電池反向流出時，會損壞太陽能電池板20，所以利用防逆流用二極管29，不讓反向電流流動。
以下說明所述太陽能球10的變更形態(tài)。
在圖12所示的太陽能球10A中，設置由一種充填材料組成的外殼構件11A，來代替所述外殼構件11。在制作這一太陽能球10A時，如圖1 3所示，是將太陽能電池1上連接了1對電極構件14、15的太陽能電池1放入金屬模16、17內，再在金屬模16、17的空腔18內注入透光、絕緣的熔融狀態(tài)的合成樹脂(例如聚碳酸酯、丙烯樹脂等)使其固化，從而能作成太陽能球10A。但是，最好在該太陽能球10A的外表面上形成和圖4同樣的微小的光漫反射用的凹凸。
接著說明所述太陽能球的其它變更形態(tài)。
在圖14所示的太陽能球10B上，形成的外殼構件11B是除去球體下部約1/3那樣的部分的球形，外殼構件11B的上側表面形成部分球面，外殼構件11B的底面形成平面狀。外殼構件11B用透光、絕緣的合成樹脂材料構成。太陽能電池1配置在外殼構件11B的球體的中心，負極7和正極6各朝上或朝下，正極6僅從底面稍微凸出，連接負極7的電極構件15B穿過外殼構件11B，凸出在其外表面之外。外殼構件11B的底面上形成與正極6分開的金屬反射膜19。
在這種太陽能球10B中，在接受從上方射入的光的性能方面和所述太陽能球10、10A相等，因為形成了反射膜19，所以向下透過的光的光量減少。由于能節(jié)約外殼構件11B的材料，所以材料費就能節(jié)省。
其它的實施形態(tài)1……(參考圖15～圖17)以下，說明裝入多個所述球形太陽能電池1的太陽能電池板50的其它實施形態(tài)。這里，該太陽能電池板50相當于半導體裝置。在圖15～圖17所示的太陽能電池板50上，多個球形太陽能電池1配置成多行、多列的矩陣狀，并設置電氣并聯(lián)連接各行或各列的多個太陽能電池1的導電連接機構，還設置分別覆蓋多個太陽能電池1的近似球形的多個外殼部分52、及和多個外殼部分52形成一體的板狀部分53構成的外殼構件51。
所述太陽能電池1位于外殼部分52的中心，外殼部分52利用透光性的壁覆蓋太陽能電池1的外表面，各外殼部分52和相鄰的外殼部分52形成一體。外殼部分52的透光性壁的厚度最好為太陽能電池1的直徑1/4以上的厚度。該外殼部分52能獲得和所述太陽能球10的外殼構件11同樣的功能。
所述導電連接機構用由多根導電線54、和與這些導電線54垂直配置的多根絕緣線55組成的網(wǎng)狀結構56中的所述多根導電線54構成。在該網(wǎng)狀結構56中，沿太陽能電池1的列的各1對導電線54隔開和太陽能電池1的直徑相等的間隔設置，沿太陽能電池1的行的各一對絕緣線55隔開和太陽能電池1的直徑相等的間隔設置。
制作這種太陽能電池板50時，預先備好利用矩形的邊框構件57支持四周的網(wǎng)狀結構56、和多個太陽能電池1，該網(wǎng)狀結構56上如圖15所示配置多個太陽能電池1。這時，多個太陽能電池1的正極6設置成向著圖15的左方，負極7設置成向著圖15的右方。在上述情況下，因能將各太陽能電池1嵌入網(wǎng)狀結構56的網(wǎng)孔中定位固定，故能簡便高效地將多個太陽能電池1裝在網(wǎng)狀結構56上。
接著將各太陽能電池1的正極6用焊錫或導電性粘接劑與對應的導電線54連接，將各太陽能電池1的負極7用焊錫和導電性粘接劑與對應的導電線54連接。然后，將裝有該多個太陽能電池1的網(wǎng)狀結構56放在注射成形裝置的規(guī)定的金屬模具中，將液態(tài)的透光、絕緣的合成樹脂(例如聚碳酸酯、丙烯樹脂等)注入該金屬模的成形腔中，形成圖15～圖17所示的太陽能電池板50。在該成形后，從模子中取出成形品，按照點劃線58的位置切斷網(wǎng)狀結構56的四周部分，從邊框構件57上分開后，形成圖15所示的狀態(tài)。
該太陽能電池板50上，利用1對導電線54組成的導電連接機構并聯(lián)連接各列多個太陽能電池1，各列太陽能電池1的輸出電壓為0.5～0.6V。在欲提高太陽能電池板50的輸出電壓的場合，若通過露出在四周的導電線54將多列太陽能電池1串聯(lián)連接，則該太陽能電池板50的等效電路就變成和圖10所示的電路同樣的電路。這里，也可如圖11所示，設置防止逆流用的1個或多個二極管。
在該太陽能電池板50中，基本上能取得和前述的太陽能電池板20大致一樣的作用。而且，由于是上下對稱的結構，來自上方的光和來自下方的光都能同等地受光，所以能構成貼在窗玻璃上的太陽能電池板、或代替窗玻璃的太陽能電池板。但是，在使該太陽能電池板50只接受從上面一側射入的光的情況下，可以在太陽能電池板50的下面用鍍膜等方法形成反射膜。
而且，在該太陽能電池板50上，由于不是準備多個前述的太陽能球10后將它們裝配成面板狀，而是利用網(wǎng)狀結構56將多個太陽能電池1裝配成面板狀，然后通過注射成形做成太陽能電池板50，所以制作工序道數(shù)少，有利于降低生產(chǎn)成本。此外，也能用透明的玻璃構成外殼構件51。
其它實施形態(tài)2……(參照圖18～圖21)以下說明將裝入多個前述球形太陽能電池1的太陽能電池帶61裝配成板狀的太陽能電池板60。這里，該太陽能電池帶61相當于半導體裝置，該太陽能電池板60也相當于半導體裝置。如圖18、圖19所示，太陽能電池板60用透明的合成樹脂的外殼62、和放在該外殼62中例如5條太陽能電池帶61構成。
外殼62將5個能放入太陽能電池帶61的近似園筒形的電池帶安放部分63并排形成一體，各電池帶安放部分63的下端形成凸緣64。如圖20、21所示，太陽能電池帶61包括排成1列的多個球形太陽能電池1、將這些太陽能電池1并聯(lián)連接的導電連接機構65、用具有太陽能電池1的直徑1/4以上的厚度的透光性壁共同覆蓋多個太陽能電池1的外表面的外殼構件66，外殼構件66具有園筒形的外表面。
太陽能電池1和前述實施形態(tài)中說明過的一樣，多個太陽能電池1保持正極6向著圖20的左方、負極7向著圖20的右方的狀態(tài)，使導電方向一致，配置成和相鄰的太陽能電池1之間僅隔開稍微間隙的狀態(tài)。導電連接機構65的構成主體為1對金屬制的細導電線65a、65b。該導電線65a、65b例如用銅、鋁、鎳、銀合金或金合金等構成。多個太陽能電池1的正極6利用焊錫或導電性合成樹脂分別與導電線65a連接，多個太陽能電池1的負極7利用焊錫或導電性合成樹脂分別與導電線65b連接，用透明的外殼構件66覆蓋這些太陽能電池1和導電連接機構65。外殼構件66用透明、絕緣的合成樹脂(例如聚碳酸酯、多芳化合物、合成樹脂、聚硅酮、聚酯等)構成，有的情況用硬質的合成樹脂構成，也有的情況用軟質的柔軟的合成樹脂構成。所述導電線65a、65b的一端從外殼構件66凸出規(guī)定長度，電能可以從該凸出的部分向外取出。
該太陽能電池帶61形成和前述外殼62相等的長度，如圖24所示，分別將5個太陽能電池帶61放在外殼62的5個電池帶安放部分63中，如圖18所示用外部導線67連接，從而能串聯(lián)連接5條太陽能電池帶61。這時，設各太陽能電池帶61的光電動勢為約0.6V，則利用圖18所示的太陽能電池板60能產(chǎn)生約3.0V的光電動勢。
在該太陽能電池板60上，外殼構件66的外表面是圓筒面而不是球面，但和所述外殼構件11幾乎相同，從各個方向射來的光易被引入球形太陽能電池1，使受光量增大，起到擴大太陽能電池1受光區(qū)的作用。此外，前述的外殼62不是必須品，也可以將5條太陽能電池帶61并排粘接在一起，或裝在透明的一對面板之間。
這里，再對使用所述太陽能電池帶61的其它使用例子作補充說明。太陽能電池帶61也能用于太陽能電池板60以外的形態(tài)。例如在作為移動型電子設備的電源使用時，可以將太陽能電池帶61裝在項鏈、胸針、袖口、手提包、皮帶、帽子、眼鏡等裝飾品或裝飾品之一部分上。
這時，根據(jù)需需如用軟性的柔軟的合成樹脂構成外殼構件66，就變成柔軟的太陽能電池帶61。另外，也能將多根太陽能電池帶61配置成一串或環(huán)形，在電氣上串聯(lián)連接。
在所述太陽能電池帶61上，因多個太陽能電池1并聯(lián)連接，各太陽能電池帶61的光電動勢的電壓大致固定(0.5～0.6V)，所以例如用5條或6條太陽能電池帶61串聯(lián)連接，就能產(chǎn)生約3.0V光電動勢，并通過適當設定串聯(lián)連接的太陽能電池帶61的數(shù)量，也能產(chǎn)生所需電壓的光電動勢。而且，雖然各個太陽能電池1產(chǎn)生的電流較小，但由于能產(chǎn)生與裝入太陽能電池帶61的太陽能電池1的數(shù)量對應的電流，所以具有良好的通用性。
所述太陽能電池帶61的結構并不限于圖中示出的例子，例如也可以采用加大設定太陽能電池1和太陽能電池1之間的間隔、用球形外殼構件或近似球形的外殼覆蓋各太陽能電池1的外表面的結構。另外，也可采用將太陽能電池帶縱橫交叉組合成網(wǎng)那樣的結構。
另外，作為將太陽能電池帶61并排組成的太陽能電池板的例子，例如也能如圖22所示，將多條太陽能電池帶61A的外殼構件66A(相當于圓筒部分)做成一體，構成太陽能電池板60A。
以下，對改變所述實施形態(tài)或變更實施形態(tài)的各種例子進行說明。
1)也可以采用n型硅單晶形成的球形晶體，代替所述太陽能電池1中P型硅單晶形成的球形晶體2，形成P型擴散層，代替n型擴散層4。但是，此時正極6和負極7的極性顛倒。
另外，也可以在球形晶體2上形成平坦面3、及位于該平坦面3相反一側和平坦面3平行的平坦面，該平坦面的大小不同于平坦面3，在該平坦面上設置負極7。但上述的平坦面，并非必須，可以省略。
另外，也可以采用在內部有絕緣材料制的球形的芯材、用半導體單晶體覆蓋該芯材的外表面的結構的球形晶體，代替球形晶體2。
2)也可以采用陶瓷布線底板、金屬布線玻璃底板、或透明合成樹脂板形成的薄板代替所述太陽能電池板30中的印刷線路板。另外，在太陽能電池板30上也可用引線焊接方法來電氣連接太陽能電池1。
3)在所述實施形態(tài)中，是以太陽能球、太陽能電池板、太陽能電池帶等受光用半導體裝置為例進行說明，但本發(fā)明也同樣適用于發(fā)光球、發(fā)光面板、發(fā)光帶等發(fā)光用半導體裝置。在這種發(fā)光用半導體裝置的場合，通過裝入利用電光變換而發(fā)光的粒狀的發(fā)光二極管(LED)代替前述的球形太陽能電池1，從而能制造出由小球發(fā)光的半導體裝置、由面板平面發(fā)光的半導體裝置、由帶狀體發(fā)光的半導體裝置。也可以采用本申請的發(fā)明者在美國專利第6,204,545號公報中提及的球形發(fā)光二極管或與其類似結構的球形發(fā)光二極管作為該發(fā)光二極管。
這里，對具有量子阱結構的球形發(fā)光二極管的一個例子進行說明。
圖23示出的球形發(fā)光二極管70(相當于球形半導體器件)包括透明的球形蘭寶石71(例如，直徑為0.6～5.0mm)、由在該球形蘭寶石71的表面呈薄膜狀形成的球面形的GaN(氮化鎵)形成的緩沖層72、在該緩沖層72的表面呈薄膜狀形成的球面形的n型GaN層73、在該n型GaN層73的表面呈薄膜狀形成的球面形InGaN(銦鎵氮化物)形成的發(fā)光層74、在該發(fā)光層74的表面呈薄膜狀形成的球面形的P型GaN層75、及1對電極76和77(陽極76和陰極77)等。所述緩沖層72或發(fā)光層74能用MOCVD法等公知的方法在球形蘭寶石71的表面上形成。
陽極76和陰極77隔著球形發(fā)光二極管70的中心并排設置在一直線上，陽極76和陰線77位于球形發(fā)光二極管70的兩端部。由歐姆接觸形成的陽極76連接P型GaN層75，由歐姆接觸形成的陰極77連接n型GaN層73。在該發(fā)光二極管70上，當電流從陽極76向陰極77沿正方向流動時，從pn結附近發(fā)出與發(fā)光層74的材料相對應的波長的光，并向外發(fā)射。
在形成所述發(fā)光層74的InxGa1-xN中，若增大In的組分x，則發(fā)光波長變長。例如x＝0.2時，發(fā)出波長λp＝465nm的藍色光，x＝0.45時，發(fā)出波長λp＝520nm的綠色光。相當于發(fā)光用半導體裝置的發(fā)光用球80由以下幾部分構成，即球形發(fā)光二極管70、用具有球形發(fā)光二極管70的直徑1/4以上的厚度的透光性壁覆蓋該球形發(fā)光二極管70的外表面的其外表面為球面或部分球面而構成的外殼構件81、以及與一對電極76和77連接并凸出在外殼構件81的外表面之外的1對電極構件82和83(外部引線)等。一個電極構件82用導電粘接劑連接正極76，另一個電極構件83用導電粘接劑連接負極77。所述外殼構件81用透明、絕緣的合成樹脂(例如環(huán)氧樹脂等)構成。從球形發(fā)光二極管70的發(fā)光層74發(fā)出的光(圖中用箭頭示出)如圖中所示，包括貫穿球形蘭寶石71的光在內，向各個方向發(fā)射。這時，球形發(fā)光二極管70發(fā)出的光，因從外殼構件81的全部表面發(fā)射，所以發(fā)光光源擴大，從發(fā)光光源發(fā)出的光的亮度降低，發(fā)出的光就變得柔和。此外，外殼構件81中還可根據(jù)需要摻入使光擴散用的擴散劑(例如玻璃粉末等)。也可以將所述發(fā)光球81單獨作為發(fā)光器件使用，但也可以將球形發(fā)光二極管70或發(fā)光球80做成如前所述的太陽能電池板20、50、60那樣的發(fā)光面板，又可以做成如前所述的太陽能電池帶61那樣的發(fā)光帶。還有，有時還采用在發(fā)光球80、發(fā)光面板、或發(fā)光帶的一面設置發(fā)射膜、只向與這一面相反一側發(fā)光的結構。另外，球形發(fā)光二極管70不過是一個例子，也可采用發(fā)紅光的、發(fā)白光的、發(fā)各種顏色的光的發(fā)光二極管。
還有，也可以采用球狀的GaN晶體體代替所述球形蘭寶石71，這時能省去所述GaN的緩沖層72。
4)所述球形太陽能電池1是以硅半導體制成的受光用半導體元件為例進行說明的，但是也能用SiGe、GaAs及其化合物、InP及其化合物、CuInSe2及其化合物、CdTe及其化合物等半導體構成有光電變換功能的受光用半導體元件。
或者，在裝入發(fā)光用半導體元件構成發(fā)光用半導體組件時，也能用GaAs及其化合物、InP及其化合物、GaP及其化合物、GaN及其化合物、SiC及其化合物等半導體構成有電光變換功能的發(fā)光用半導體元件。
權利要求
1.一種受光或發(fā)光用半導體裝置，具有受光功能或發(fā)光功能的至少1個球形半導體器件，其特征在于，所述球形半導體器件包括外形為球形的P型或n型的半導體晶體、在該半導體晶體的表層近似呈球面狀形成的pn結、及連接該pn結兩端并隔著pn結的曲率中心而位于兩側的1對電極，并設置外殼構件，該外殼構件用具有所述球形半導體器件的直徑1/4以上厚度的透光性壁覆蓋球形半導體器件的外表面，其外表面做成球面或部分球面而構成。
2.如權利要求1所述的受光或發(fā)光用半導體裝置，其特征在于，所述外殼構件的外表面做成球面，該外殼構件包括形成該外殼構件外表面一側部分的透光的封殼、及由充填在該封殼內固化的透光合成樹脂形成的充填材料。
3.如權利要求1所述的受光或發(fā)光用半導體裝置，其特征在于，所述外殼構件外表面上形成多個、微小的光漫反射面。
4.如權利要求1至3中任一項所述的受光或發(fā)光用半導體裝置，其特征在于，設置1對電極構件，分別與所述球形半導體器件的1對電極連接，并且貫穿所述外殼構件，一直延伸至外殼構件的外表面。
5.如權利要求1至3中任一項所述的受光或發(fā)光用半導體裝置，其特征在于，分別用外表面做成球面的所述外殼構件覆蓋的多個球形半導體器件配置成多行、多列的矩陣狀，還設置電氣串聯(lián)連接各行或各列多個球形半導體器件的串聯(lián)連接機構、及電氣并聯(lián)連接各行或各列多個球形半導體器件的并聯(lián)連接機構。
6.如權利要求1所述的受光或發(fā)光用半導體裝置，其特征在于，多個球形半導體器件設置成多行、多列的矩陣狀，并設置電氣并聯(lián)連接各行或各列多個半導體器件的導電連接機構，所述外殼構件具有分別覆蓋多個球形半導體器件的近似球形的多個外殼部分、及和多個外殼部分做成一體的板狀部分。
7.如權利要求6所述的受光或發(fā)光用半導體裝置，其特征在于，所述導電連接機構由用多根導體線和與這些多根導體線垂直配置的多根絕緣線構成的網(wǎng)狀結構中的所述多根導體線形成。
8.一種受光或發(fā)光用半導體裝置，具有受光功能或發(fā)光功能的多個球形半導體器件，其特征在于，所述各球形半導體器件包括外形為球形的P型或n型的半導體晶體、在該半導體晶體的表層近似呈球面形形成的pn結、及連接該pn結兩端并隔著pn結的曲率中心而位于兩側的1對電極，將所述多個球形半導體器件排成一列，設置電氣并聯(lián)連接這些多個球形半導體器件的導電連接機構，還設置外殼構件，該外殼構件用具有所述球形半導體器件的直徑1/4以上厚度的透光性壁共同覆蓋多個球形半導體器件的外表面，具有圓筒狀的外表面。
9.一種受光或發(fā)光用半導體裝置，具有受光功能或發(fā)光功能的多個球形半導體器件，其特征在于，所述各球形半導體器件包括外形為球形的P型或n型的半導體晶體、該半導體晶體的表層上近似呈球面形地形成的pn結、及連接該pn結兩端并隔著pn結的曲率中心而位于兩側的一對電極，將所述多個球形半導體器件配置成多列，設置以列為單位電氣并聯(lián)連接所述多列中的各個多個球形半導體器件的導電連接機構，還設置外殼構件，該外殼構件用具有厚度大于和所述球形半導體器件的直徑大致相等厚度的透光性的壁共同覆蓋多個球形半導體器件的外表面，還有分別覆蓋多列球形半導體器件的近似圓柱形的多個圓柱部分。
10.如權利要求1至3、5至9中任一項所述的受光或發(fā)光用半導體裝置，其特征在于，所述球形半導體器件具有包括所述pn結在內的光電動勢發(fā)生部分。
11.如權利要求1至3、5至9中任一項所述的受光或發(fā)光用半導體裝置，其特征在于，所述球形半導體器件具有包括所述pn結在內的電光變換部分。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種受光用半導體裝置，作為該裝置中的太陽能球10用透光的外殼構件11覆蓋球形太陽能電池1的外表面，并設有連接太陽能電池1的電極6、7的電極構件14、15。外殼構件11由將兩等分體粘接的封殼12和充填在其內部固化的充填材料13組成。能將多個太陽能球10矩陣狀配置并構成并聯(lián)而且串聯(lián)連接的太陽能電池板，或將多個球形太陽能電池1矩陣狀配置、并用透明的外殼構件覆蓋構成太陽能電池板。還能將多個太陽能電池1串成一串再并聯(lián)連接，構成用透明的外殼構件將它們覆蓋的棒狀或帶狀的太陽能電池帶。因能用外殼構件11聚光，故能擴大太陽能電池1的受光區(qū)。另外，本發(fā)明也闡述了一種用外殼構件覆蓋代替太陽能電池1的具有發(fā)光功能的球形半導體器件而構成的發(fā)光用半導體裝置。
文檔編號H01L31/0216GK1582502SQ01823900
公開日2005年2月16日 申請日期2001年12月25日 優(yōu)先權日2001年12月25日
發(fā)明者中田仗祐 申請人:中田仗祐