JP5108766B2 - 発電又は発光用半導体モジュール - Google Patents

Description

本発明は、発電又は発光機能を備えた複数のロッド形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発電又は発光用半導体モジュールに関する。

本願発明者は、国際公開ＷＯ９８／１５９８３号公報に示すように、受光又は発光機能を有し且つ中心を挟んで対向する正負の電極を有する球状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。上記の球状半導体素子では、その表層部に球面状のｐｎ接合が形成され、正負の電極が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。

本願発明者は、国際公開ＷＯ０２／３５６１２号公報、ＷＯ０２／３５６１３号公報、ＷＯ０３／０１７３８２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。

本願発明者は、国際公開ＷＯ０２／３５６１２号公報において、円柱状の半導体結晶に、軸心と直交する１対の端面を形成し、一方の端面を含む半導体結晶の表面近傍部にｐｎ接合を形成し、両端面に正負の電極を形成した受光又は発光機能のあるロッド形半導体素子を提案した。本願発明者は、ＷＯ０３／０３６７３１号公報に示すように、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。

米国特許第３，９８４，２５６号公報に記載の光起電力アレイにおいては、直径が０．００１〜０．０１０インチのｐ形シリコン半導体からなるフィラメントの表面部にｎ形拡散層が形成され、このフィラメントが複数平行に且つ平面的に並べられている。これらフィラメントの上面側に直交状に複数のＰ接続線材とＮ接続線材とが交互に配置され、Ｐ接続線材が複数のフィラメントのｐ形シリコン半導体の露出部にオーミック接続され、Ｎ接続線材が複数のフィラメントのｎ形拡散層にオーミック接続され、複数のＰ接続線材がＰバスに接続され、複数のＮ接続線材がＮバスに接続されている。複数のＰバス及びＮバスとメッシュを構成するように強度に優れる絶縁性ファイバーが織り込まれ、上方からの入射光を受光して発電するフレキシブルな太陽電池ブランケットが構成されている。

米国特許第５，４３７，７３６号公報に記載の半導体ファイバー太陽電池及びモジュールにおいては、絶縁性のファイバーの表面にモリブデンの導電層が形成され、この導電層の表面の約３／５周部分に、光起電力機能のあるｐ形とｎ形の２層の薄膜半導体層及びＺｎＯの導電層が形成され、これら半導体ファイバー太陽電池が複数平行に且つ平面的に並べられ、その裏面側に金属皮膜を形成後、その金属皮膜を所定のパターンで部分的に除去することにより、複数の半導体ファイバー太陽電池を直列接続したりする接続回路が形成されている。

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渇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いる。 省エネルギー、省資源の観点から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。 材料資源の節約、製造時における消費エネルギーを少なくすることも要請されつつある。

ＷＯ９８／１５９８３号公報 ＷＯ０２／３５６１２号公報 ＷＯ０２／３５６１３号公報 ＷＯ０３／０１７３８２号公報 ＷＯ０３／０３６７３１号公報 米国特許第３，９８４，２５６号公報 米国特許第５，４３７，７３６号公報

球状やほぼ球状の半導体素子を用いて、太陽電池パネルを製作する場合には、半導体素子１個当たりの受光面積が小さいので、半導体素子の必要数が多くなり、半導体素子を電気的に接続する接続個所の数が多くなり、導電接続機構の構造が複雑化し、その製造コストが高くなる。このことは、前記ロッド形半導体素子についても同様である。また、前記ロッド形半導体素子では、軸心方向の長さを大きくすると、発電電流に対する電極間の抵抗が大きくなるので、軸心方向長さを直径の約１．５倍以下に設定する必要があり、受光面積をあまり大きくすることができない。

米国特許第３，９８４，２５６号公報の光起電力アレイは、非常に細いシリコンファイバーを採用するため、電気的接続部の数が多くなるため製作費を低減しにくく、上面側から入射させる構成であるからパネルの両面側から入射する光を受光する構造にすることができない。このことは、米国特許第５，４３７，７３６号公報の半導体ファイバー太陽電池においても同様である。 特に、窓ガラス等に適用される太陽電池パネルでは、その両面側から入射する光を受光できることが望ましい。他方、発光機能のある半導体素子で発光パネルを構成する場合には、パネルの両面側へ光を出射できることが望ましい。

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や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種々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から分離して回収することが出来なかった。 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いる。

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い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ハンダ材料の使用は、規制されるようになった。

本発明の目的は、発電又は発光機能のある複数の半導体素子を組み込んだ太陽電池モジュールや発光ダイオードディスプレーとして適用可能な発電又は発光用半導体モジュールを提供すること、複数の半導体素子を再利用、再生、修理が容易な発電又は発光用半導体モジュールを提供すること、受光面積又は発光面積の大きな半導体素子を組み込んだ発電又は発光用半導体モジュールを提供すること、などである。

本発明の発電又は発光用半導体モジュールは、発電又は発光機能のある複数の半導体素子を備えた半導体モジュールにおいて、複数の半導体素子の各々は、ｐ形又はｎ形の断面円形又は部分円形のロッド形半導体結晶からなる基材と、この基材の表層部のうち基材の軸心と平行な帯状部分以外の部分に形成され且つ基材の導電形と異なる導電形の別導電層と、基材と別導電層とで形成された部分円筒形のｐｎ接合と、前記帯状部分において基材の表面にオーミック接続された帯状の第１電極と、前記基材の軸心を挟んで第１電極と反対側において別導電層の表面にオーミック接続された帯状の第２電極とを備え、前記複数の半導体素子を、それらの導電方向を揃えてその導電方向を列方向とする複数列かつ複数行に平面的に並べた状態に保持し且つ複数の半導体素子を個別に又は複数群の群別に分離可能に保持する保持手段を設け、前記複数列における各列又は隣接する各２列の複数の半導体素子を直列接続し且つ複数行における各行の複数の半導体素子を並列接続する導電接続機構を設け、前記導電接続機構による複数列の半導体素子の直列接続を維持する為に、列方向と平行方向へ機械的押圧力を付加する導電性弾性部材を設けたことを特徴とするものである。

この半導体モジュールにおいては、ロッド形の基材と、部分円筒形のｐｎ接合と、基材の軸心を挟んだ両端に設けられた第１，第２電極とを有するロッド形の半導体素子を採用しているため、半導体素子１個当たりの受光面積または発光面積を大きくして、半導体素子の所要数と電気的接続部の数を少なくすることができる。

導電接続機構により、各列の半導体素子又は隣接する各２列の半導体素子を直列接続し且つ各行の半導体素子を並列接続してあるため、一部の半導体素子が故障や接合不良等により機能停止したような場合、その機能停止した半導体素子を迂回する迂回回路を経て電流が流れるため、正常な全部の半導体素子が有効に作動する。太陽電池モジュールである場合、一部の半導体素子が日陰等により機能停止した場合にも、上記と同様に迂回回路を経て電流が流れる。発光ダイオードディスプレイである場合にも、上記と同様に迂回回路を経て電流が流れるため、正常な全部の半導体素子が有効に作動する。

導電接続機構は、複数列の半導体素子の直列接続を維持する為に、列方向と平行方向へ機械的押圧力を付加する導電性弾性部材を有するため、ハンダ付けや導電性接着剤による電気的接続を最小限にしたり省略したりすることができる。半導体モジュールを廃棄したり修理したりする際には、保持手段を分解することにより、複数の半導体素子を個別に又は複数群の群別に分離できるため、複数の半導体素子を個別に又は群別に取り出すことができる。

ここで、本発明の上記の構成に加えて、次ぎのような種々の構成を採用してもよい。
（１）前記半導体素子の基材の軸心と直交する断面における基材の断面形状は、円からその直径の1/2 〜2/3 の長さの弦の外側部分を除去した部分円である。
（２）前記基材の帯状部分は、前記弦の外側部分を除去して形成された帯状の平坦面に形成された。
（３）前記別導電層は、不純物を拡散して形成された拡散層である。

（４）前記保持手段は、複数の半導体素子を収容する偏平な収容部を形成する平板状の収容ケースを有し、この収容ケースは前記収容部の両面側を外界から区画する１対のケース板を含む分離可能な複数部材で構成され、少なくとも一方のケース板は光透過性のガラス又は合成樹脂で構成された。
（５）前記（４）において、保持手段は、前記収容ケース内にほぼ平行に整列され且つ導電性帯板からなる複数の波形保持バネを有し、各行の複数の半導体素子は第１，第２電極を１対の波形保持バネに電気的に接続した状態にして１対の波形保持バネで保持され、前記導電接続機構は複数の波形保持バネで構成された。

（６）前記（５）において、隣接する波形保持バネにおける一方の波形保持バネの複数の谷部と、他方の波形保持バネの複数の山部の間に複数半導体素子が夫々保持されている。（７）前記（６）において、複数の半導体素子を保持した状態で、複数の波形保持バネはメッシュ構造をなすように構成された。
（８）前記（４）〜（７）の何れかにおいて、前記半導体素子は発電機能を有する半導体素子で構成され、前記１対のケース板は光透過性のガラス又は合成樹脂で構成された。

（９）前記（４）において、複数の半導体素子は複数群にグループ化され、各群の複数の半導体素子は複数行複数列のマトリック状に整列されると共に、各行の複数の半導体素子おける隣接する半導体素子は接近状に又は所定間隔あけて配置され、前記導電接続機構は、複数行の半導体素子の行と行の間に配置された複数の導電性線材と列方向両端の行の外側に行方向と平行に配置された１対の接続導体を有し、前記各群における、複数の半導体素子と、複数の導電性線材と、１対の接続導体の一部分を光透過性の合成樹脂で埋没状にモールドすることより平板状の分割モジュールに構成された。

（１０）前記（９）において、前記複数の分割モジュールを前記収容ケースの収容部内に列方向に直列的に並べた状態において、隣接する分割モジュールの接続導体同士が電気的に接続された。
（１１）前記（１０）において、前記収容ケースは対面状に重ね合せた１対のケース板で構成され、前記各ケース板は収容部の行方向両端側を塞ぐ側壁部と、その収容部からケース板の列方向両端まで延びる端子装着溝とを有し、前記収容ケースの対面状の１対の端子装着溝には外部へ突出する端子板が装着されて収容ケースに固定された。

（１２）前記（１１）において、前記各端子板とこの端子板に対面する分割モジュールの接続導体との間に前記導電性弾性部材である波形バネが装着され、これら１対の波形バネの弾性付勢力により複数の分割モジュールの電気的な直列接続が維持されている。
（１３）前記（１１）又は（１２）において、前記各端子板は、前記収容ケースに列方向に位置調節可能に固定された。

本発明の発電又は発光用半導体モジュールによれば、ロッド形の基材と、部分円筒形のｐｎ接合と、基材の軸心を挟んだ両端に設けられた第１，第２電極とを有するロッド形の半導体素子を採用しているため、半導体素子１個当たりの受光面積または発光面積を大きくして、半導体素子の所要数と電気接続部の数を少なくすることができ、製作費を低減することができると共に、発電能力又は発光能力の高い半導体モジュールを実現することができる。

複数の半導体素子を個別に又は複数群の群別に分離可能に保持する保持手段と、導電接続機構による複数列の半導体素子の直列接続を維持する為に列方向と平行方向に機械的押圧力を付加する導電性弾性部材とを設けたため、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又は群別に取り外すことができるから、半導体素子の再利用、再生、修理を行うことが可能となり、従来のようなハンダや導電性接着剤による接続を解消又は最小限にすることができる。

本発明の実施例１に係る発電機能のある半導体素子の断面図である。 図１のII−II線断面である。 図１の半導体素子の斜視図である。 実施例１の太陽電池モジュールの斜視図である。 図４の太陽電池モジュールの平面図である。 図５のVI−VI線断面である。 図５のVII −VII 線断面である。 図５のVIII指示部の拡大図である。 図５のIX指示部の拡大図である。 図９のＸ−Ｘ線断面である。 太陽電池モジュールの等価回路図である。 実施例２の太陽電池モジュールの斜視図である。 図１２の太陽電池モジュールの横断面図である。 図１３のXIV −XIV 線断面図である。 図１３のXV−XV線断面図である。 分割モジュールの横断平面図である。 太陽電池モジュールの等価回路図である。 実施例３に係る発光用半導体素子の断面図である。 図１８のXIX −XIX 線断面図である。

符号の説明

１ 発電用半導体素子
１Ａ 発光用半導体素子
２ 基材
３ 平坦面（帯状部）
４ ｎ形拡散層（別導電層）
５ ｐｎ接合
６ 反射防止膜
７ 正極
８ 負極
２０ 太陽電池モジュール
２１ 保持機構
２２ 導電接続機構
２３ 波形保持バネ
２４ 収容ケース
２５ 収容部
２６ 外周枠
２７ ケース板
３１ 弾性膜
６０ 太陽電池モジュール
６１ 分割モジュール
６２ 収容ケース
６３ ケース部材
６５ 収容部
６６ 導電性線材
７０ 波形バネ
７６ 外部端子

本発明は、発電又は発光機能のある複数のロッド形の半導体素子を備えた発電又は発光用半導体モジュールに関し、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又は複数群の群別に分離可能に構成したものである。

実施例１の太陽電池モジュール（発電用半導体モジュールに相当する）について、図１〜図１１に基づいて説明する。最初に、この太陽電池モジュールに適用するロッド形の発電機能のある半導体素子について説明する。
図１〜図３に示すように、このロッド形の半導体素子１は、ロッド形のｐ形シリコン単結晶からなる基材２と、基材２にその軸心と平行に帯状に形成された平坦面３と、ｎ形拡散層４と、基材２とｎ形拡散層４とで形成され部分円筒形のｐｎ接合５と、反射防止膜６と、基材２にオーミック接続された正電極７及びｎ形拡散層４にオーミック接続された負電極８を有する。

前記基材２の軸心２ａと直交する断面の形状は、円（例えば直径１．８ｍｍ）からその直径の1 /2〜2/3 の長さの弦の外側部分を除去した部分円である。基材２の軸心方向の長さは、例えば、５〜２０ｍｍである。基材２の底部にはその軸心２ａと平行な帯状の例えば幅０．６ｍｍの平坦面３（帯状部分に相当する）が全長に亙って形成されている。この平坦面３は、基材２を位置決めするための基準面として、基材２の転がりを防止するための面として、また、正負の電極７，８を識別する基準面として活用される。

ｎ形拡散層４（別導電層に相当する）は、基材２の導電形と異なる導電形のｎ形半導体で構成されるが、このｎ形拡散層４は、基材２の表層部のうち、平坦面３及びその両側近傍部以外の部分に、ｎ形不純物であるリン（Ｐ）又は砒素（Ａｓ）又はアンチモン（Ｓｂ）を０．５〜１．０μｍの深さまで熱拡散することにより、円筒形に近い部分円筒形に形成されている。前記のｐｎ接合５は、基材２とｎ形拡散層４の境界面に円筒形に近い部分円筒形に形成されている。

正電極７（第１電極に相当する）は、平坦面３の中央部分に例えば０．４ｍｍ幅の帯状に基材２の全長に亙って形成され、基材２に電気的に接続されている。正電極７は銀を含むペーストからなる正電極材料を塗布後焼成して形成される。負電極８（第２電極に相当する）は、基材２の軸心２ａを挟んで正電極７と反対側においてｎ形拡散層４の表面に例えば幅０．４ｍｍの帯状に基材２の全長に亙って形成され、ｎ形拡散層４に電気的に接続されている。負電極８はアルミニウムを含むペーストからなる負電極材料を塗布後焼成して形成される。

外部に露出状態となる基材２とｎ形拡散層４の表面のうち、正負の電極７，８を除く部分には、半導体素子１の表面のパッシベーション膜としてのシリコン酸化被膜又はシリコン窒化被膜からなる反射防止膜６が形成されている。

この半導体素子１においては、ｐｎ接合５の面積が、基材２の軸心２ａと直交する断面の断面積よりも格段に大きい。図３は、半導体素子１を上方から視た斜視図であり、半導体素子１の表面のうち、正負の電極７，８を除く領域に入射した太陽光ｂｍが基材２のシリコン単結晶で吸収されると、キャリア（電子と正孔）が発生し、ｐｎ接合５によって電子と正孔が分離されて、正電極７と負電極８間に約０．５〜０．６Ｖ程度の光起電力が発生する。

この半導体素子１が円柱に近いロッド形状に構成され、正負の電極７，８が基材２の軸心２ａの両側において、正電極７が平坦面３のｐ形面の中心に位置し、負電極８が拡散層４のｎ形面の中心に位置している。そのため、正負の電極７，８を結ぶ平面に対して受光の対称性があり、その平面の両側から太陽光を広い指向性と、高い受光感度で吸収することができる。入射光の方向が変化しても、受光感度が低下することがない。

図３に示すように、基材２の軸心２ａと直交する任意の平面上において、受光された太陽光により基材２のシリコン単結晶で発生したキャリアは、例えば、周方向に異なる位置Ａ，Ｂ，Ｃについて、正負の電極７，８に至る距離の和はほぼ等しく、（ａ＋ｂ）≒（ａ’＋ｂ’）≒（ａ”＋ｂ”）のようになるので、光電流の分布は、基材２の軸心２ａに対して均一になり、偏りによる抵抗損が少なくなる。尚、ｐｎ接合５は、周面および軸心２ａと直交する端面において絶縁性の前記反射防止膜６により被覆保護されている。

この半導体素子１によれば、ロッド形の基材２の表面に軸心２ａを挟んで対向するように帯状の正負の電極７，８を設けたので、基材２の長さ／直径の値を大きくしても、正負の電極７，８間の距離を基材２の直径以下の小さな値に維持することができるので、正負の電極７，８間の電気抵抗を小さな値に維持できるため、ｐｎ接合５における光電変換性能を高く維持することができる。

その結果、基材２の長さ／直径の値を大きくすることにより、多数の半導体素子１を用いて太陽電池モジュールを構成する場合に、半導体素子１の必要数を少なくし、電気的接続部の数を少なくし、太陽電池モジュールの信頼性を高め、製造コストを低減できる。正負の電極７，８を含む平面に対して、受光の対称性を有するため、両面側から受光可能な太陽電池モジュールを構成することが可能となる。

基材２に平坦面３を形成したので、半導体素子１の製作途中等においてその平坦面３を基準面とすることができ、平坦面３により基材２が転がるのを防止することができ、平坦面３を介して正負の電極７，８を自動組立て装置のセンサ等により簡単に識別することができる。半導体素子１の表面に反射防止膜６を形成したので、入射光の反射を抑制して受光効率を高めることができ、パッシベーション膜としても機能する反射防止膜６により半導体素子１の表面を保護し、耐久性を確保することができる。

次に、上記の半導体素子１を多数準備し、それら半導体素子１を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４〜図１１に基づいて説明する。
この太陽電池モジュール２０は複層ガラス形の太陽電池モジュールであり、この太陽電池モジュール２０は、例えば、一辺が50ｍｍ〜75ｍｍ程度の長方形の受光表面を有するものである。尚、上記の受光表面のサイズは一例に過ぎず、より大型の太陽電池モジュールに構成することもできる。

図４、図５に示すように、この太陽電池モジュール２０は、複数の半導体素子１を導電方向を揃えてその導電方向を列方向とする複数列かつ複数行に平面的に並べた状態に保持し且つ複数の半導体素子１を複数群の群別に分離可能に保持する保持機構２１（保持手段）と、複数列における隣接する各２列の複数の半導体素子１を直列接続し且つ複数行における各行の複数の半導体素子１を並列接続する導電接続機構２２と、この導電接続機構２２による複数の半導体素子１の直列接続を維持する為に、列方向と平行方向へ機械的押圧力を付加する導電性弾性部材としての複数の導電性の波形保持バネ２３とを有する。

保持機構２１は、平板状の収容ケース２４と、複数の導電性の波形保持バネ２３とで構成され、導電接続機構２２は複数の波形保持バネ２３で構成されている。収容ケース２４の内部には、複数の半導体素子１を収容する偏平な矩形状の収容部２５が形成され、この収容ケース２４は収容部２５の外周を囲む外周枠２６と、収容部２５と外周枠２６の上下両面を塞ぐ透明なガラス製のケース板２７とを有する。

外周枠２６は、ガラス繊維とエポキシ樹脂からなる厚さが約２ｍｍの絶縁部材（プリント配線基板）で長方形枠に形成されている。図５における外周枠２６の左右両端部分の縦枠部２６ａの外側端部がケース板２７の端部よりも外側へ突出している。
図５、図８に示すように、左右の縦枠部２６ａには、波形保持バネ２３の端部の連結部２３ｃを連結する為の複数の小孔付きスロット２８が形成され、これら小孔付きスロット２８の内面には銅箔を銀被膜で覆った導電層２９が形成され、この導電層２９は波形保持バネ２３の連結部２３ｃに電気的に接続されている。左右の縦枠部２６ａには、複数の小孔付きスロット２８に対応する複数のリード接続部３０が形成されている。各リード接続部３０は銅箔を銀被膜で覆って形成され、対応するスロット２８の導電層２９に電気的に接続されている。

図５〜図１０に示すように、収容部２５内には、複数の波形保持バネ２３がほぼ平行に且つ隣接する波形保持バネ２３の谷部２３ａと山部２３ｂとが接近対向するように配置され、波形保持バネ２３の端部とその先端の連結部２３ｃを縦枠部２６ａの小孔付きスロット２８に嵌め込むことにより、波形保持バネ２３が縦枠部２６ａに連結されている。波形保持バネ２３は、例えば、厚さ約０．４ｍｍ、幅が約１. ９ｍｍのリン青銅製の帯板を一定周期を持つ波形に形成し、その表面に銀メッキを施したものである。

収容部２５内には、複数の半導体素子１の導電方向を列方向に揃えた状態にして、複数の半導体素子１が複数列・複数行に配置され、隣接する各２列の複数の半導体素子１はジグザグ形状に配置されている。半導体素子１は隣接する波形保持バネ２３の谷部２３ａと山部２３ｂとが接近対向する部位に挟着されている。各半導体素子１の正極７は、波形保持バネ２３に導電性エポキシ樹脂により接着して電気的に接続され、各半導体素子１の負極８は、波形保持バネ２３の弾性押圧力で押圧されて波形保持バネ２３に電気的に接続されている。列方向の端部に配置された波形保持バネ２３は、外周枠２６の横枠部２６ｂの内面に当接して位置規制されている。

多数のロッド形の半導体素子１は、収容部２５内で導電性の複数の波形保持バネ２３による機械的押圧力を介して保持され且つ電気的に接続されている。複数列における、隣接する各２列の複数の半導体素子１は複数の波形保持バネ２３により電気的に直列接続されると共に、各行の複数の半導体素子１はその両側の１対の波形保持バネ２３により電気的に並列接続されている。導電接続機構２２は複数の波形保持バネ２３により構成され、複数の波形保持バネ２３による列方向への機械的押圧力により、複数列の半導体素子１の直列接続が維持されている。

外周枠２６及び収容部２５の上下両側には透明なケース板２７が取り付けられ、収容部２５が密封されている。ケース板２７（例えば厚さ約３ｍｍ）の片面（内面）には厚さ約0.2 ｍｍの透明なシリコーンゴムからなる弾性膜３１が設けられ、この弾性膜３１が半導体素子１の集合体及び外周枠２６と接するように１対のケース板２７が両側からサントウィツチするように配置されている。上記の弾性膜３１の外周部には、外周枠２６との間の密封性を高める為に厚さを約0.５ｍｍに増した枠状弾性膜３１ａが形成されている。ケース板２７のボルト穴２７ａと外周枠２６のボルト穴２６ｃの位置を揃え、例えばフッ素樹脂などの合成樹脂製のワッシャ３２と鋼製の皿バネ３３を用いて、鋼製のボルト３４とナット３５で締め付けて密封する。

このとき、外周枠２６の横枠部２６ｂに隣接する両端の波形保持バネ２３は、波形保持バネ２３の押圧力により横枠部２６ｂの内側面と機械的に接触して保持されている。 但し、このようにボルト３４とナット３５で締め付けて一体化する構造に限定するものではなく、ケース板２７、外周枠２６、複数の半導体素子１が夫々接着された複数の波形保持バネ２３などを個別に分離可能に連結する構造であればよい。

ここで、ボルト３４で締め付けて密封する前に、必要に応じて、収容部２５から真空排気容器中で空気を排気し、収容部２５を減圧状態に保持した状態でボルト３４とナット３５とで締結したり、或いは収容部２５に窒素ガスなどの不活性ガスを封入してから締結して断熱性能の高い複層ガラス形の太陽電池モジュール２０に構成してもよい。そのため、収容部２５を密封構造にすることが望ましい。

このように２枚のケース板２７の間に複数の半導体素子１を、外周枠２６と複数の波形保持バネ２３で保持し、複数の半導体素子１を保持した複数の波形保持バネ２３をメッシュ構造にし、適当な採光スペースと空間を設けたので、この複層ガラス形太陽電池モジュール２０は、高い断熱性と遮音性のある採光窓として適用可能である。

波形保持バネ２３や半導体素子１は、２枚のケース板２７の間の間隔を一定に保つスペーサとしても機能し、機械的強度を高める機能もある。尚、窓としての断熱性能を高めるため、公知のように、ケース板２７の表面に銀．酸化錫などの赤外線反射皮膜をつけたｌｏｗ−Ｅ複層ガラスの構造にしても良い．

この複層ガラス形の太陽電池モジュール２０は、単独で使用することも可能であるが、同様の構造の他の太陽電池モジュール２０と組み合わせて大きさを拡張し、リード接続部３０を利用して電気的接続を行って出力を大きくすることも可能である。その場合、例えば、複数の太陽電池モジュール２０を並列接続する際には、少なくとも一方の縦枠部２６ａの全部のリード接続部３０を利用して接続することができ、複数の太陽電池モジュール２０を直列接続する際には、列方向両端又は一端のリード接続部３０を利用して接続することができる。

この複層ガラス形太陽電池モジュール２０においては、透明なケース板２７を透過した入射光をロッド形の半導体素子１で吸収し、光エネルギーの強さに応じた電力を発生することができる。その際、直射光のみならず、収容部２５の内部で波形保持バネ２３やケース板２７、半導体素子１間で多重反射した光が最終的に半導体素子１で吸収されて電力に変換される。窓としての採光率の変更や外観上のデザインなどは、複数の太陽電池モジュール２０を配置する配置パターンや波形保持バネ２３の形状により変更可能である。

この複層ガラス形太陽電池モジュール２０では、１対の波形保持バネ２３によって並列接続された複数の半導体素子１が直列接続され、図１１に示すようなメッシュ構造の電気回路３６を形成している。この電気回路３６は、太陽電池モジュール２０の等価回路であり、半導体素子１はダイオード１Ａで示されている。それ故、一部の半導体素子１が故障によりオープンになっている場合、又は一部の半導体素子１の電気的接続が不良になった場合、又は一部の半導体素子１が日陰により機能停止した場合などにおいても、それら機能停止した半導体素子１を迂回する迂回回路を通って電流が流れるため、その他の正常な半導体素子１の発電機能が停止したり低下したりすることがない。

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。
（１）ロッド形の半導体素子１は、その軸心に対して両側に正負の電極７，８を有するため，半導体素子１軸心方向長さを直径の複数倍まで大きくしても、発電電流に対する電極間抵抗が一定であるから、長さ／直径の値を大きくし、受光面積を大きくし、半導体素子の必要数を少なくし、電気的な接続の接続部の数を少なくすることができ、製造コストを低減することが可能になり、発電能力の高い半導体モジュール２０を実現することができる。

（２）ロッド形の半導体素子１が機械的圧力に強いため、波形保持バネ２３による押圧力によって波形保持バネ２３と電気的に良好に接続できる。そのため、ボルト３４、ナット３５の締結を解除するだけで、太陽電池モジュール２０を分解して、波形保持バネ２３に接着された複数の半導体素子１（半導体素子群）を波形保持バネ２３と共に容易に取り出すことができ、その他の部品も取り外すことができる。波形保持バネ２３と共に取り出された複数の半導体素子１は、そのまま波形保持バネ２３と共に再利用してもよく、導電性接着剤を溶融させることにより波形保持バネ２３から半導体素子１を分離することができ、それ故、半導体素子１の回収コストは、従来のようにハンダ等を採用して強固に接続した場合に比べて、はるかに低コストになる。

（３）外周枠２６、複数の波形保持バネ２３、２枚のケース板２７も、ボルト・ナットを介して機械的に組み立てられているので、太陽電池モジュール２０の組立てや分解が容易で、組立てや分解に要するコストも格段に低減できる。

（４）太陽電池モジュール２０でありながら半導体素子１や波形保持バネ２３を透明な２枚のケース板２７で挟む構造であるため機械的強度を高め、窓材として適用可能なものとなる。この場合、半導体素子１の配置パターン、波形保持バネ２３と外周枠２６とケース板２７の形状や寸法の設計次第で外観に優れる窓を構成可能である。窓の内側に光反射機能のあるカーテンなどを配置して外からの光を反射させ半導体素子の裏側に当て発電出力を高めることも可能である。

（５）この太陽電池モジュール２０を太陽電池以外に壁材や屋根材に兼用する場合は、２枚のケース板２７のうち建物側のケース板の内表面に反射率が高い被膜を形成したり、或いは、建物側のガラス製のケース板２７の代わりに高い反射率をもつセラミック製のケース板を採用してもよい。このセラミック板を採用する場合、採光性はないが機械的強度が高く断熱性も高まるというメリットが得られる．

（６）シリコーンゴム薄膜３１（弾性膜）は、ケース板２７と外周枠２６の間などの隙間を埋め気密性を維持するのに効果があり、不活性ガス封入又は真空にして半導体素子の外気による劣化防止や複層ガラスとしての断熱性能も向上にも効果を発揮する。尚、シリコーンゴム薄膜３１として、他の弾力性のある透明合成樹脂（例えば、ＥＶＡ，ＰＥＴ等）製の薄膜を採用してもよい。

上記の太陽電池モジュール２０を部分的に変更する例について説明する。
［１］前記半導体素子１の基材２の直径は１．８ｍｍに限定されるものではなく、１．０〜２．０ｍｍの範囲の直径が好ましいが、この範囲に限定されるものではない。基材２の平坦面３の幅は０．６ｍｍに限定されるものではなく、基材２の直径の約１／２〜２／３の幅が望ましい。

基材２を構成する半導体材料は、ｐ形シリコン単結晶に限定されるものではなく、ｐ形シリコン多結晶でもよく、その他の公知の半導体で構成してもよい、基材２はｐ形半導体で構成するとは限らず、ｎ形半導体で構成してもよいが、この場合、基材２とｐｎ接合を形成する拡散層４はｐ形半導体で構成される。前記拡散層４の代わりに、ＣＶＤによる成膜、イオン注入により形成される別導電層（基材２の導電形と異なる導電形の別導電層）を採用してもよい。

［２］前記半導体素子１の基材２に形成した平坦面３は、発電のために必須のものではないので、平坦面３を省略し、基材２を断面円形に形成し、拡散層４とｐｎ接合５を形成しない軸心と平行な帯状部分を基材２の表層部に形成して、その帯状部分に基材の軸心に対して負電極８と対称の位置に帯状の正電極７であって、基材２にオーミック接続された正電極７を設けてもよい。

［３］外周枠２６は、前記エポキシ樹脂系プリント配線基材のほかに、セラミック配線基板など他の材料からなるものでもよい。セラミック配線基板は、高価であるが耐熱性、耐火性があり機械的強度および寸法安定性に優れている。

［４］半導体素子１の正電極７を波形保持バネ２３に導電性エポキシ樹脂で接着することなく、波形保持バネ２３の弾性押圧力により押圧して波形保持バネ２３に電気的に接続してもよい。この場合、太陽電池モジュール２０を分解する際に、半導体素子１を個別に取り出すことができる。

［５］上記の透明なケース板２７の一方に反射膜をつけた板を採用し、入射光を反射させ半導体素子１の発電性能を高めてもよい。２枚のガラス製のケース板２７の一方又は両方の代わりに、透明なアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂などで構成した合成樹脂板を採用してもよい。

［６］上記波形保持バネ２３の材料は、公知のバネ材である炭素鋼、タングステン鋼、ニッケル鋼、洋銀、ベリリウム銅でも良く、ピアノ線で構成したバネを採用してもよい。 ［７］上記外周枠２６に、発電用半導体素子１以外の半導体素子あるいは半導体チップ、抵抗やコンデンサー、 インダクターなどの回路部品を設け、半導体素子１を含む複合電子機能モジュールあるいは装置に構成してもよい。その一例として太陽電池モジュール２０の直流出力を交流出力に変換する為の回路や出力制御回路を組み込んでもよい。更に、半導体素子１以外にＬＥＤやバッテリを組み込んで、発電した電力でＬＥＤを発光させる表示器を構成したり、あるいは光通信の光源用ＬＥＤを組み込んだり、また、センサー素子とＩＣチップも搭載して外部に情報を送信する機器を組み込むなど太陽電池モジュールと他の機能装置とのハイブリッド化が可能である。

［８］上記の半導体素子１をロッド形の発光ダイオード素子と置き換えて、ディスプレイや平面発光型照明灯として適用される発光ダイオードモジュールとして構成することも可能である。

実施例２の太陽電池モジュール６０について、図１２〜図１７に基づいて説明する。 この太陽電池モジュール６０は、複数の発電機能のある半導体素子１を複数群の群別に組み立てたり、分離したりできるように、複数の半導体素子１を例えば２群に分けて、２つの小型の平板状の分割モジュール６１に構成し、その２つの分割モジュール６１を収容ケース６２内に組み込んで直列接続する構造にしたものである。半導体素子１自体は、実施例１の半導体素子１と同じものであるので、同一符号を付して説明する。

図１２〜図１５に示すように、この太陽電池モジュール６０は、２つの分割モジュール６１と、２つの分割モジュール６１を収容する偏平な収容部６５を形成する収容ケース６２とを備えている。分割モジュール６１は、複数行複数列のマトリックス状に整列させた複数の半導体素子１を導電性接着剤により複数の導電性線材６６に固着して直列かつ並列接続し、それらの全体を透明な合成樹脂材料６１ａで平板状にモールドしたものである。 ここで、複数の半導体素子１を、複数列且つ複数行に平面的に並べた状態に保持し且つ複数の半導体素子１を複数群の群別に分離可能に保持する保持手段は、分割モジュール６１の合成樹脂材料６１ａ、収容ケース６２とで構成されている。

これら分割モジュール６１を収容ケース６２内の収容部６５内に直列的に並べ、１対の波形バネ７０（導電性弾性部材）により機械的圧力を加えて分割モジュール６１同士を電気的に接続してある。この実施例では、２つの分割モジュール６１を備えた太陽電池モジュール６０を例にして説明するが、収容ケース６２内に組み込む分割モジュール６１の数は２つに限るものではなく、分割モジュール６１の数を多くすることにより、太陽電池モジュール６０の出力を大きくすることもできる。

ここで、上記の分割モジュール６１について説明する。
図１３、図１６に示すように、複数の半導体素子１は、導電方向を列方向（図１３、図１６の左右方向）に揃えて、複数行複数列のマトリックス状に整列され、各行において隣接する半導体素子１の間には僅かな隙間が形成されている。

各行の複数の半導体素子１と、隣接する行の複数の半導体素子１との間に断面矩形状の細い導電性線材６６が正負の電極７，８に当接させて配設され、列方向の両端の行の複数の半導体素子１の正電極７又は負電極８に当接する接続導体６７であって、導電性線材６６よりも大きな断面矩形状の接続導体６７が設けられている。これらの半導体素子１の正電極７と負電極８は公知の導電性接着材（例えば、銀エポキシ樹脂）により導電性線材６６又は接続導体６７に接着され、加熱硬化して固着される。

こうして、各行の複数の半導体素子１は１対の導電性線材６６により又は導電性線材６６と接続導体６７により並列接続され、各列の複数の半導体素子１は複数の導電性線材６６により直列接続されており、分割モジュール６１における複数の半導体素子１は複数の導電性線材６６及び２本の接続導体６７により直列且つ並列接続されている。このように、分割モジュール６１には、各列の複数の半導体素子１を直列接続し且つ各行の複数の半導体素子１を並列接続する導電接続機構６４が設けられている。この導電接続機構６４は分割モジュール６１に設けられた複数の導電性線材６６で構成されている。半導体モジュール６０における導電接続機構は、２つの分割モジュール６１の２つの導電接続機構６４と、分割モジュール６１同士を直列接続する２つの接続導体６７とで構成されている。

上記の直列且つ並列接続された複数の半導体素子１と導電性線材６６及び接続導体６７は、透明な合成樹脂（例えばシリコーン樹脂）で全体を覆うように平板状に樹脂モールドされ、両端の接続導体６７の端部は、合成樹脂板６８の端部から外部へ露出している。この合成樹脂板６８の行方向の両端部には平板状の保持部６８ａが形成されている。

次に、上記の２つの分割モジュール６１を組み込んだ構造の太陽電池モジュール６０について図１３〜図１５に基づいて説明する。収容ケース６２は、例えばポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂又はシリコン樹脂などの透明合成樹脂で構成されている。収容ケース６２は、同じ構造の上下１対のケース部材６３を対面状に重ね合せてボルト結合したものである。これらケース部材６３の各々には、収容部６５の約半分を形成する凹部７１と、この凹部７１の列方向の両端部に連なる端子取付溝７２とが形成されている。

ケース部材６３のうちの凹部７１の外側の１対のランド部７３（側壁部）の表面のうちの外側約２／３部分には、例えばシリコーンゴム製の弾力性のあるゴム被膜７４（例えば、厚さ約０．５〜０．８ｍｍ）が形成されている。端子取付溝７２の内面にも上記同様のゴム被膜７５が形成されている。太陽電池モジュール６０を組み立てる際、下側のケース部材６３の凹部７１に２つの分割モジュール６１を収容し、上側のケース部材６３を被せ、分割モジュール６１の行方向両端の保持部６８ａを上下のランド部７３間に挟持する。

次に、列方向両端部の上下の端子取付溝７２からなる偏平な端子取付開口に、夫々、波形バネ７０、導電性材料で構成された外部端子７６を挿入し、収容ケース６２との間にゴムパッキング７７を装着する。次に、上下のケース部材６３同士、上下のケース部材６３と外部端子７６をボルト結合する。このとき、例えばフッ素樹脂製のワッシャー７８ａを介してボルト７８をボルト穴７９，８０に挿通させ、下面側のフッ素樹脂製のワッシャー７８ａを介してナット７８ｂに締結する。

このとき、外部端子７６のボルト穴８０は列方向に細長い長穴であるので、波形バネ７０による押圧力が適度な大きさになるようボルト穴８０を利用して外部端子７６の締め付け位置を調整することができる。こうして、２枚の分割モジュール６１は、太陽電池モジュール６０の中心で接続導体６７同士が機械的に接触して電気的に直列接続される。２枚の分割モジュール６１の両端は、波形バネ７０を介して外部端子７６と機械的に接触して電気的に直列接続され、収容ケース６２の両端に外部端子７６が突出して、太陽電池モジュール６０の正極端子、負極端子となる。これら正極端子と負極端子から外部へ発電出力を取り出すことができる。

図１７は、この太陽電池モジュール６０のメッシュ構造の等価回路８３を示し、半導体素子１はダイオード１Ａで図示されている。この等価回路８３は実施例１の等価回路３６と同様の作用効果を奏する。正極端子８１と負極端子８２とから外部へ電力を取り出すことができる。尚、分割モジュール６１を収容した空間を密封し外部雰囲気が入らないようにするため必要に応じて樹脂やゴムの密封材で隙間を埋める。

太陽電池モジュール６０においては、２つの分割モジュール６１が共通の収容ケース６２の中で波形バネ７０によって機械的に直列接続され、ボルト７８とナット７８ｂを締結することにより位置が固定され、且つ、ゴム被膜７４，７５とパッキング７７によって外気と遮断されている。収容ケース６２全体を分解して分割モジュール６１を取替えたりあるいは回収して再使用することが可能でありる。このモジュール６０では、収容ケース６２内の空間が断熱効果を生む。合成樹脂製のケース部材６３を採用する場合はガラスを使用したものより軽くて壊れにくく安価である。尚、半導体素子１を配置する配置密度を粗くすれば、光透過隙間を形成できるため、窓ガラスとして適用した場合に採光が出来る。

以上説明した太陽電池モジュールの作用、効果について説明する。
（１）細長いロッド形の半導体素子１を採用しているため、半導体素子１の長さ／直径の値を大きくして、半導体素子１の１個当たりの受光面積を大きくし、半導体素子１の必要数を少なくすることができ、電気的接続部の数を少なくすることができるから、製作コストを低減することができる。ロッド形の発電用半導体素子１では、種々の方向からの入射光を活用して発電することができる。１又は複数の太陽電池モジュール６０を窓ガラスとして構成することも可能で、その場合室内からの光も発電に活用できる。

（２）分割モジュール６１同士の接続、分割モジュール６１と外部端子７６との接続を波形バネ７０の機械的押圧力を介して行なうため、ハンダなどの接合材による固着が不要である。太陽電池モジュール６０から分割モジュール６１や外部端子７６や波形バネ７０を取り外して、別の太陽電池モジュールに利用することも容易となる。尚、複数の太陽電池モジュール６０を直列接続する際に、外部端子７６同士を接触させることで簡単に接続することできる。

（３）弾性体製の導電性波形バネ７０を活用して電気的接続を確保しているので、温度変化に伴うモジュールの寸法変化（膨張や収縮）や機械的な衝撃を吸収し、半導体素子１に過度なストレスを与えることがない。
（４）分割モジュール６１における複数列の列間の間隔を適宜変更したり、導電性線材６６の太さを自由に設定することもできるため、採光性（シースルー性）と発電の割合を種々選択でき、美しいデザインの建材を兼ねた太陽電池モジュール６０や発光ダイオードモジュール、およびこれらを複数組み合わせたパネルを製作することができる。

次に、前記実施例２を部分的に変更する例について説明する。
但し、半導体素子１に関する変更例は、前記実施例において説明したのと同様であるので、ここではその説明を省略する。

［１］分割モジュール６１において、複数の半導体素子１のマトリックス配列における行数と列数は一例を示すものであり、より多くの行数と列数をもつ分割モジュールに構成してもよい。太陽電池モジュール６０に組み込む分割モジュール６１の数は２個に限るものではなく、その数は自由に設定できる。太陽電池モジュール６０に複数の分割モジュール６１を１列ではなく、複数列に配置することもできる。つまり、１つの太陽電池モジュール６０に複数の分割モジュール６１を複数行複数列のマトリックス状に配置してもよい。その場合は分割モジュール６１における保持部６８ａを省略し、分割モジュール６１を凹部７１の内面に当接させてもよい。

［２］太陽電池モジュール６０の外部端子７６に関して、複数の太陽電池モジュール６０を直列接続する際に有利となるように、一方（例えば正極側）の外部端子７６は図示のように外部に突出し、他方（例えば負極側）の外部端子７６は、端子取付開口の奥に引っ込んでいて、隣接する太陽電池モジュール６０の一方（例えば正極側）の外部端子７６に接続可能に構成してもよい。

［３］太陽電池モジュール６０を、採光やシースルー性を必要としない壁材として構成する場合は、半導体素子１の後方に光反射あるいは光散乱可能な板やシートを配置してもよい。太陽電池モジュール６０の場合は、半導体素子１間を透過した光が半導体素子１の裏側で反射されて半導体素子１のの出力が増加する、発光ダイオードモジュールの場合は反射して前方へ出射される光によって明るさが増加する。

［４］屋根、トップライト、窓、カーテンウオール、ファサード、 ひさし、 ルーパなど建材と一体の太陽電池モジュールや屋外型の発光ダイオードデスプレイ、広告塔、自動車、航空機、船舶などの一部に太陽光発電又は表示あるいは両方を兼ねた機能装置としての利用も可能である。

［５］ケース部材６３のランド部７３に、各種センサー、信号受信機器、信号発信機器、交流直流変換器、周波数変換器、ロジック回路、 ＣＰＵとその周辺回路を組み込み、太陽電池モジュールや発光ダイオードモジュールの入出力の制御が可能な装置として構成することもできる。

この実施例３に係る発光機能を有する半導体素子１Ａは、ロッド形の発光ダイオードである。この半導体素子１Ａを、実施例１の半導体モジュール２０に、半導体素子１の代わりに組み込むことにより、発光用半導体モジュールを構成することができる。或いは、この半導体素子１Ａを、実施例２の半導体モジュール６０に、半導体素子１の代わりに組み込むことにより、発光用半導体モジュールを構成することができる。

以下、この発光用半導体素子１Ａについて説明する。
図１８、図１９に示すように、この半導体素子１Ａは、基材２Ａと、この基材２Ａの軸心２ｃと平行な帯状部分としての平坦面３Ａと、拡散層４Ａと、ｐｎ接合５Ａと、負電極７Ａと、正電極８Ａと、パッシベーション用皮膜６Ａとを備えており、前記実施例１の発電機能のある半導体素子１と同様の構造に構成されている。基材２Ａは、ｎ形ＧａＰ（リン化ガリウム）の単結晶又は多結晶で構成され、例えば、直径は０．５ｍｍ、長さは約５．０ｍｍである。但し、直径は０．５〜１．０ｍｍ程度であればよく、長さも５．０ｍｍに限定されず、５．０ｍｍよりも大きくてもよい。

基材２Ａの平坦面３Ａとその両側部分に、シリコン窒化膜（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）からなる拡散マスクでマスクした状態で、基材２Ａの表層部に亜鉛（Ｚｎ）を熱拡散させることにより、前記拡散層４と同様に、ｐ形拡散層４Ａを形成すると共に、部分円筒形（円筒に近い部分円筒形）のｐｎ接合５Ａを形成する。このｐｎ接合５Ａの面積は基材２Ａの軸心２ｃと直交する断面の断面積よりも大きい。

前記反射防止膜６と同様に、例えばＴｉＯ₂ からなるパッシベーション用皮膜６Ａが正負の電極８Ａ，７Ａを除く全表面に形成され、前記実施例の正負の電極７，８と同様に、負電極７Ａと正電極８Ａが全長に亙る帯状に形成され、負電極７Ａは、平坦面３Ａ（帯状部分）の幅方向中央部に位置して基材２Ａに電気的にオーミック接続され、正電極８Ａは、基材２Ａの軸心２ｃを挟んで負電極９Ｂと反対側に設けられてｐ形の拡散層４Ａに電気的にオーミック接続されている。

この発光機能のある半導体素子１Ａ（発光ダイオード）においては、正電極８Ａから負電極７Ａに向かって順方向電流を流すと、赤色光がｐｎ接合５Ａから半径方向へほぼ同強度で放射する。正負の電極８Ａ，７Ａを含む平面に対して発光の対称性があり、発生した赤色光は半径方向へ等しい発光強度で、また、広い指向性をもって放射することになる。ｐｎ接合５Ａが円筒形に近い部分円筒形であるため、発生した赤色光は半導体素子１Ａの表面を垂直に通過して外部へ放射する。そのため、光の内部反射損失が少なくなり、発光効率が向上する。正負の電極８Ａ，７Ａ間の距離を基材２Ａの直径以下の大きさに維持できるため、電極８Ａ，７Ａ間の電気抵抗を低く維持し、高い発光性能と発光能力を発揮することができる。

前記半導体素子１Ａを部分的に変更する例について説明する。
前記基材２Ａを公知の種々の半導体材料（例えば、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＩｎＰなど）を用いて構成し、種々の光を発生する半導体素子１Ａに構成することも可能である。前記基材２Ａと協働してｐｎ接合５Ａを形成する基材２Ａと異なる導電形の別導電層は、不純物の熱拡散、又はＣＶＤによる成膜、又はイオン注入により形成してもよい。

例えば、基材２Ａをｎ形ＧａＡｓ単結晶で構成し、前記別導電層をＺｎを熱拡散させた拡散層で構成して発光ダイオードに構成してもよい。また、基材２Ａをｎ形ＧａＡｓ単結晶で構成し、前記別導電層をp 形のＧａＡｓを熱拡散、又はＣＶＤによる成膜、又はイオン注入することにより形成し、発光ダイオードに構成してもよい。また、基材２Ａをｎ形のＳｉＣ単結晶で構成し、前記別導電層はＰ形のＧａＮ又はＧａＩｎＰを成膜することにより形成し、発光ダイオードに構成してもよい。

本願の発電又は発光用半導体モジュールは、太陽電池パネルや発光ダイオードディスプレイや発光ダイオード照明装置に有効活用することができる。

Claims (14)

1. 発電又は発光機能のある複数の半導体素子を備えた半導体モジュールにおいて、
   複数の半導体素子の各々は、ｐ形又はｎ形の断面円形又は部分円形のロッド形半導体結晶からなる基材と、この基材の表層部のうち基材の軸心と平行な帯状部分及びその近傍部以外の部分に形成され且つ基材の導電形と異なる導電形の別導電層と、基材と別導電層とで形成された部分円筒形のｐｎ接合と、前記帯状部分において基材の表面にオーミック接続された帯状の第１電極と、前記基材の軸心を挟んで第１電極と反対側において別導電層の表面にオーミック接続された帯状の第２電極とを備え、
   前記複数の半導体素子を、それらの導電方向を揃えてその導電方向を列方向とする複数列かつ複数行に平面的に並べた状態に保持し且つ複数の半導体素子を個別に又は複数群の群別に分離可能に保持する保持手段を設け、
   前記複数列における各列又は隣接する各２列の複数の半導体素子を直列接続し且つ複数行における各行の複数の半導体素子を並列接続する導電接続機構を設け、
   前記導電接続機構による複数列の半導体素子の直列接続を維持する為に、列方向と平行方向へ機械的押圧力を付加する導電性弾性部材を設けた、
   ことを特徴とする発電又は発光用半導体モジュール。
2. 前記半導体素子の基材の軸心と直交する断面における基材の断面形状は、円からその直径の1/2 〜2/3 の長さの弦の外側部分を除去した部分円であることを特徴とする請求項１に記載の発電又は発光用半導体モジュール。
3. 前記基材の帯状部分は、前記弦の外側部分を除去して形成された帯状の平坦面に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の発電又は発光用半導体モジュール。
4. 前記別導電層は、不純物を拡散して形成された拡散層であることを特徴とする請求項１に記載の発電又は発光用半導体モジュール。
5. 前記保持手段は、複数の半導体素子を収容する偏平な収容部を形成する平板状の収容ケースを有し、この収容ケースは前記収容部の両面側を外界から区画する１対のケース板を含む分離可能な複数部材で構成され、少なくとも一方のケース板は光透過性のガラス又は合成樹脂で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の発電又は発光用半導体モジュール。
6. 前記保持手段は、前記収容ケース内にほぼ平行に整列され且つ導電性帯板からなる複数の波形保持バネを有し、各行の複数の半導体素子は第１，第２電極を１対の波形保持バネに電気的に接続した状態にして１対の波形保持バネで保持され、前記導電接続機構は複数の波形保持バネで構成されたことを特徴とする請求項５に記載の発電又は発光用半導体モジュール。
7. 隣接する波形保持バネにおける、一方の波形保持バネの複数の谷部と、他方の波形保持バネの複数の山部の間に複数半導体素子が夫々保持されていることを特徴とする請求項６に記載の発電又は発光用半導体モジュール。
8. 複数の半導体素子を保持した状態で、複数の波形保持バネはメッシュ構造をなすように構成されたことを特徴とする請求項７に記載の発電又は発光用半導体モジュール。
9. 前記半導体素子は発電機能を有する半導体素子で構成され、前記１対のケース板は光透過性のガラス又は合成樹脂で構成されたことを特徴とする請求項５〜８の何れかに記載の発電又は発光用半導体モジュール。
10. 複数の半導体素子は複数群にグループ化され、
    各群の複数の半導体素子は複数行複数列のマトリック状に整列されると共に、各行の複数の半導体素子おける隣接する半導体素子は接近状に又は所定間隔あけて配置され、
    前記導電接続機構は、複数行の半導体素子の行と行の間に配置された複数の導電性線材と列方向両端の行の外側に行方向と平行に配置された１対の接続導体を有し、
    前記各群における、複数の半導体素子と、複数の導電性線材と、１対の接続導体の一部分を光透過性の合成樹脂で埋没状にモールドすることより平板状の分割モジュールに構成されたことを特徴とする請求項５に記載の発電又は発光用半導体モジュール。
11. 前記複数の分割モジュールを前記収容ケースの収容部内に列方向に直列的に並べた状態において、隣接する分割モジュールの接続導体同士が電気的に接続されたことを特徴とする請求項１０に記載の発電又は発光用半導体モジュール。
12. 前記収容ケースは対面状に重ね合せた１対のケース板で構成され、前記各ケース板は収容部の行方向両端側を塞ぐ側壁部と、その収容部からケース板の列方向両端まで延びる端子装着溝とを有し、前記収容ケースの対面状の１対の端子装着溝には外部へ突出する端子板が装着されて収容ケースに固定されたことを特徴とする請求項１１に記載の発電又は発光用半導体モジュール。
13. 前記各端子板とこの端子板に対面する分割モジュールの接続導体との間に前記導電性弾性部材である波形バネが装着され、これら１対の波形バネの弾性付勢力により複数の分割モジュールの電気的な直列接続が維持されていることを特徴とする請求項１２に記載の発電又は発光用半導体モジュール。
14. 前記各端子板は、前記収容ケースに列方向に位置調節可能に固定されたことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の発電又は発光用半導体モジュール。