KR101419849B1 - 반사형 2차 렌즈 시스템 및 반도체 조립체 그리고 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광을 반도체 요소 상으로 포커싱하기 위한 반사형 및/또는 굴절형 2차 렌즈 시스템에 관한 것이며, 본원 발명에 따른 상기 2차 렌즈 시스템은 2차 렌즈 시스템을 형성하는 기본 본체 주위에 배치된 돌출부를 특징으로 한다. 또한, 본원 발명은 본원 발명에 따른 2차 렌즈 시스템을 포함하는 반도체 조립체에 관한 것이고, 그리고 그러한 반도체 조립체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 이러한 반도체 조립체는 집중형 태양 전지 모듈을 제공한다.

Description

반사형 2차 렌즈 시스템 및 반도체 조립체 그리고 그 제조 방법{REFLECTIVE SECONDARY LENS SYSTEM AND SEMICONDUCTOR ASSEMBLY AND ALSO METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 태양광을 반도체 소자 상으로 포커싱하기 위한 반사형 및/또는 굴절형 2차 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 상기 2차 렌즈 시스템은 본원 발명에 따라서 2차 렌즈 시스템을 형성하는 기본 본체 주위에 배치된 돌출부를 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 2차 렌즈 시스템을 포함하는 반도체 조립체, 그리고 그러한 반도체 조립체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 이러한 반도체 조립체는 집중형(concentrating) 태양 전지 모듈을 나타낸다.
집중형 광전지에서, 빛은 광학적 시스템에 의해서 태양 전지 상으로 집중된다. 이러한 목적을 위해서, 예를 들어 입사광을 태양 전지 상으로 집중시키는(bundle) 렌즈 또는 프레넬(Fresnel) 수집장치가 이용된다. 다수의 태양 전지들이 관련 광학 시스템, 예를 들어 렌즈 어레이로 조립되고, 그리고 냉각 및 전기 배선을 위한 요소들이 모듈을 형성한다. 이들 모듈은 태양 경로를 추적하도록 제조된 소위 트랙커(trackers) 상에 장착된다.
집중형 광전지에서는, 가능한 많은 양의 복사 광이 태양 전지에 충돌하는 것에 큰 관심을 가진다. 이는, 한편으로, 광학 시스템의 이미징 품질에 의해서 영향을 받고, 다른 한편으로, 광학 시스템이 태양 전지를 향해서 배향되는 정확도와 전체적인 모듈이 태양을 향하는 정확도에 의해서 영향을 받는다.
집중형 광전지에서 보다 중요한 측면은 소위 집중 요소(factor)이다. 이는 렌즈 시스템의 광 입사 표면 대 태양 전지의 활성 표면의 비율을 나타낸다. 상대적으로 고가인 태양 전지 표면을 가능한 한 적게 사용하기 위해서, 집중 인자가 가능한 한 크게 선택된다.
보다 구체적으로, 고집중 시스템의 경우에, 2-스테이지 렌즈 시스템의 이용이 가능하고, 그러한 렌즈 시스템의 두 요소들을 1차 렌즈 시스템(빔 경로, 예를 들어 렌즈들 또는 프레넬 수집장치 내의 제 1 광학 요소) 또는 2차 렌즈 시스템(제 2 요소)으로 지칭한다. 2-스테이지 개념은 각각의 개별적인 요소에 대한 빔 편향이 작아질 수 있다는 이점을 가진다. 또한, 예를 들어 입사 복사선의 균일화를 위해서 또는 색수차를 감소시키기 위해서, 렌즈 설계에서의 형태상의 여유 (configuration clearance)가 상당히 증대된다.
일반적으로, 오늘날까지, 2차 렌즈 시스템은 광빔이 내부 전반사에 의해서 태양 전지 상으로 지향되는 굴절 요소로서 구성되었다. 주로 전반사를 기초로 하고 사출 성형 프로세스(예를 들어, ES 2232299; V. Diaz, J. Alarez, J. Alonso et al., "Assembly of Concentrator Modules based on Silicon Solar Cells at 300x of Concentrated Sunlight" Proc. of 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2004)에서 만들어지는 절두형 피라미드(US 5,505,789)의 형태 또는 보다 복잡한 형태로 유리로 제조된 요소들이 공지되어 있다. 큰 굴절율 차이에 의한 반사가 출사 표면에서 가능한 한 적게 일어나도록 하기 위해서, 이러한 요소는 일반적으로(normally) 접착제 및 광학적으로 투명한 물질, 예를 들어 실리콘을 통해서 태양 전지 상에 직접적으로 장착되고, 그리고 해당되는 경우에(possibly) 입사 개구부 상에 반사-감소 코팅이 제공된다.
동시에, 반사 표면 상의 반사를 기초로 하는 단순한 2차 렌즈 시스템이 이용된다. 종래에 공지된 용도에서, 사다리꼴 금속 본체(trapezoidal metallic bodies) 또는 둥근 깔대기가 이용된다(예를 들어, EP 0 657 948 A2; WO 91/18419; L. M. Fraas, "Line-Focus Photovoltaic Module Using Stacked Tandem-Cells" 1994 참조). 이러한 부품들의 반사를 증대시키기 위해서, 재성형(reshaping)에 앞서서 금속 시트들이 종종 고반사 층들을 구비한다. 그러한 구성이 예를 들어 US 5,167,724 또는 US 5,505,789로부터 공지되어 있으며, 도 1에 도시되어 있다. 그에 따라, 2차 렌즈 시스템(50)이 태양 전지(2) 상에 직접적으로 장착된다. 따라서, 태양광이 프레넬 수집장치(15)에 의해서 2차 렌즈 시스템 상으로 예비-포커싱된다(prefocused).
또한, 종래 기술(WO 2004/077558 A1; DE 195 36 454 A1; DE 199 47 044 B4)에 따른 부품들이 공지되어 있으며, 그러한 부품들은 복사선이 측방향 표면 상에서 전체적으로 또는 부분적으로 수신되는 또는 복사선이 출사되는 반도체 소자들과 함께 이용되도록 설계된다. 이러한 측방향 복사는 LED 반도체 칩의 특성이다. 그러나, 반도체 소자들이 예를 들어 태양 전지와 같이 반도체 칩의 상부측(upper side)을 향하는 복사선(radiation)의 거의 95%를 독점적으로 방출(emit) 또는 수신(receive)한다면, 이들 특허에 따른 반사부 개념에 따라서 복사선의 일부가 손실될 것인데, 이는 반도체 칩이 상부로부터 반사부 리세스(recess) 내로 삽입되고 그에 따라 측면 벽들과 상부 접촉 표면이 반사부의 빔 경로 내에 존재하도록 반사부들이 설계되기 때문이다. 이러한 구성의 경우에, 반사 영역들이 전체 반도체 칩을 둘러싼다.
송신부 및/또는 수신부(transmitter and/or receiver)가 금속 반사부에 의해서 둘러싸이는 요소가 예를 들어 DE 199 47 044 B4로부터 공지되어 있다. 이러한 공보로부터 공지된 바와 같이 전도체 스트립 물질로부터 반사부 벽을 일체로 성형하는 것 또한 칩이 반사부 내로 삽입될 수 있다는 원리 즉, 칩이 가장 작은 반사부 직경/반사부 단면 보다 작다는 원리를 기초로 하고 있다.
내부로 반도체 칩 삽입되는 터브(tub)-형상의 반사부의 구성이 DE 195 36 454 A1에도 유사하게 공지되어 있다.
반사부가 하우징 본체의 금속화(metallisation)에 의해서 생성되는 요소가 WO 2004/077558 A1로부터 공지되어 있다. 여기에서, 반도체 칩이 제 1 금속화 영역 상에 덮여진다. 만약 칩 표면의 일부만이 반사부의 출사 개구부 내에 배치되어야 한다면, 이러한 구성은 적절하지 않을 것이다.
굴절식 2차 렌즈 시스템과 관련한 이러한 종래 기술은 다음과 같은 단점을 가진다:
- 2차 렌즈 시스템 물질의 흡수로 인해서, 빛의 일부가 흡수되고 그에 따라 태양 전지 내에서의 변환에 더 이상 이용될 수 없게 된다.
- 물질내에서의 빛의 흡수로 인해서, 물질이 지나치게 가열될 수 있고, 특히 고 집중 시스템의 경우에, 결과적으로 2차 렌즈 시스템이 손상될 수 있다.
- 굴절 렌즈 시스템의 입사 표면에서, 주변 공기에 대한 높은 굴절 편차로 인해서 결과적으로 반사가 일어난다. 사실상, 이러한 것은 반사방지 코팅에 의해서 감소될 수 있으나, 그러한 반사방지 코팅은 제조 비용을 상승시키고, 단지 반사를 줄이는 것에 불과하고 그러한 반사를 방지하지는 못한다.
- 전반사(전체 내부 반사, TIR)의 원리는 부품의 표면에 대한 매우 엄격한 요건을 요구하게 된다. 이는 제조에 있어서 매우 큰 비용 상승의 원인이 될 수 있는데, 이는 재성형 또는 사출 성형과 같은 대량 생산의 제조 방법이 선호되기 때문이고, 그리고 그러한 방법으로 달성될 수 있는 표면 품질은 충분히 만족스럽지 못하기 때문이다. 연마(grinding)에 의해서, 표면 품질을 달성할 수 있으나, 이는 대량 생산에서 비교적 고가의 프로세스가 될 것이고, 비용 측면에서 집중장치 광전지에서 허용될 수 없을 것이다.
- 반사를 피하기 위해서, 전술한 바와 같이, 태양 전지와 2차 렌즈 시스템 사이의 공간을 광학적 매체로 충진한다(예를 들어, ES 2232299, US 5,505,789 참조). 공기 함입을 최소화하기 위해서, 이들 매체는 통상적으로 점성 상태로 도포되고, 2차 렌즈 시스템의 조립 후에 경화된다. 그러나, 모세관 현상이나 습윤(wetting) 효과로 인해서, 2차 렌즈 시스템의 외측 벽이 액체 매체로 종종 습윤되는 결과가 초래되고, 그 결과 TIR의 효율이 감소된다. 광학적 매체의 표면 장력 때문에, 결과적으로 2차 렌즈 시스템의 엣지(edges) 영역 내에서 특징적인 갭이 형성되며, 그러한 갭은 빛의 언커플링(uncoupling)을 유도하고 그에 따라 효율을 감소시킨다.
- 2차 렌즈 시스템이, 원칙적인 조건으로서, 전체 태양 전지 표면을 덮어야 하기 때문에, 태양 전지 상으로 지향시키고자 하는 모든 빔들도 2차 렌즈 시스템을 일단 통과하여야 한다. 그러나, 이러한 렌즈 시스템이 없는 상태에서 태양 전지에 충돌하는 빔의 경우에도, 이는 불필요한 손실을 초래한다. 보다 정확하게, 매우 양호한 1차 렌즈 시스템의 경우에, 빔의 대부분(large part)은 2차 렌즈 시스템이 없는 경우에도 태양 전지에 충돌한다. 이 경우, 1차 렌즈 시스템에 부가적으로 작동하고 추가적인 간섭이 없이는 태양 전지에 충돌하지 않을 빔의 부분만을 탐지하는 2차 렌즈 시스템이 최적(optimal)이 될 것이다.
반사형 2차 렌즈 시스템의 종래 디자인과 관련하여, 다음과 같은 단점이 언급될 수 있을 것이다:
- 공지된 2차 렌즈 시스템은 장착이 어려운데, 이는 자동적인 결합을 용이하게 하는 또는 태양 전지의 장착을 단순하게 만드는 요소들이 없기 때문이다.
- WO 91/18419, ES 2232299 또는 WO 2006/130520 A2로부터 공지된 장착 방법은 예를 들어, 스크류, 프레임, 또는 클램핑 새들(clamping saddles)과 같은 다양한 부가적인 장착 보조장치의 이용을 기초로 한다. 이는 재료비 및 프로세스 비용을 높이게 되고, 고장을 일으키기 쉬운 부품의 수를 증대시키며 그에 따라 전체 시스템의 고장 가능성을 높이게 된다.
- WO 2004/077558 A1; DE 195 36 454 A1; DE 199 47 044 B4으로부터의 반도체 칩을 위한 반사부와 관련하여, 주요 단점은 반도체 칩이 반사 형상 부분 내에 위치되도록 상기 공보에 기술된 부품들이 설계된다는 것이다. 결과적으로, 비교적 한정되지 못한(undefined) 빔 경로만이 생성될 수 있을 것이고, 측방향 벽 또는 표면 금속화가 입사/출사 빔 각도에 따라서 빔 경로 내에 위치될 것이다.
- 재성형 프로세스 중에 재성형이 과다한 경우에 금속 시트 상의 반사 층들이 파열되며, 특별한 기하학적 형상을 만들어낼 수 있는 가능성이 크게 제한된다.
- 물질 내에서의 흡수로 인해서, 2차 렌즈 시스템이 크게 가열될 수 있다. 현재까지, 열 발산을 증대시키기 위해서 특별한 요소를 이용하는 것만이 하나의 출원((WO 91/18419)에 기재되어 있으나, 그러한 출원에서 열 발산은 제조가 복잡한 부가적인 부품을 통해서 이루어진다.
- 반사 층(예를 들어, 은-계(silver-based) 층 시스템)은 부식에 매우 민감하다. 이를 방지하기 위해서, 반사 금속 시트가 부동태화(passivation) 층을 구비한다. 그러나, 부품들이 미리 코팅된 금속 시트 스트립으로부터 절단되기 때문에, 절단된 엣지들은 노출된 재료 전이부(transitions)를 가지며, 그러한 전이부 상에서 반사 층들은 부동태화되지 못한다. 이러한 절단 엣지들은 작동 중에 부식 시드(seed; 원인) 셀을 형성한다.
- 추가적인 단점들은 종래 기술에 대한 간행물 내의 대응하는 특허 인용구(quotations)에서 발견할 수 있을 것이다.
본원 발명의 목적은 광전자 공학 부품(optoelectronic component) 특히 반도체 소자를 개발하는 것으로서, 그러한 반도체 소자는 방출 또는 수신되는 복사선이 반도체 칩 상으로 지향되도록 그리고 결과적인 열이 발산되도록 복사선을 방출 또는 수신한다. 그에 따라, 본원 발명은 웨이퍼 평면 내에 놓이는 표면을 통해서 90% 초과만큼 또는 독점적으로 복사선을 흡수/방출하는 반도체 칩이 이용되는 과제와 관련된다.
그에 따라, 본원 발명의 목적은 전술한 단점들을 극복한 반사형 및/또는 굴절형 2차 렌즈 시스템을 제공하는 것이다. 유사하게, 본원 발명의 목적은 2차 렌즈 시스템을 포함하는 반도체 조립체를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 특허청구범위 제1항의 특징들을 가지는 2차 렌즈 시스템과 관련하여 달성될 수 있고, 그리고 제23항에 기재된 특징들을 가지는 반도체 조립체와 관련하여 달성될 수 있다. 제38항에는, 전술한 반도체 조립체를 제조하기 위한 방법이 기재되어 있다. 따라서, 각각의 종속항들은 바람직한 개량 실시예들을 기재하고 있다. 특허청구범위의 표현들은 상세한 설명을 참조하여 해석된다.
특별한 적용예의 경우는 태양광으로부터의 발전을 위한 모듈, 특히 2-스테이지 집중 렌즈 시스템을 구비하는 모듈, 특히 바람직하게 단일체의 다수 태양 전지, 예를 들어 트리플 태양 전지를 구비하는 모듈에서의 적용이 될 것이며, 이때 상기 트리플 태양 전지는 바람직하게 주기율표의 주요 Ⅲ족 및 Ⅴ족의 원소들을 포함한다.
본원 발명에 따른 2차 렌즈 시스템의 기능은 입사 개구부 상으로 충돌하는 복사선을 출사 개구부(exit aperture)에 위치되는 태양 전지 상으로 지향시키는 것이다. 이러한 기능을 달성하기 위해서, 2차 렌즈 시스템은 다음과 같은 특징 및 요소들을 가지는 것이 바람직할 것이다:
- 효율 극대화를 위한 적절한 형상 및 표면 설계,
- 연속(in series) 생산에서의 장착을 용이하게 하기 위한 요소,
- 열 운용 즉, 대류 및 열 복사를 개선하기 위한 요소,
- 장시간 안정성을 높이는 요소,
- 반사 정도를 높이는 요소,
- 태양 전지 다음의(next to) 임계 영역들을 음영화하는(shading) 요소.
이하의 요건들은 이들 부품을 제조하기 위한 제조 프로세스에서 주로 요구되는 것이다:
- 낮은 재료비 및 프로세스 비용,
- 반사부 형상과 관련한 높은 제조 정확도,
- 낮은 조도(roughness)의 표면 제조,
- 버어(burr) 및 홈 형성의 최소화,
- 반사 증대를 위해서 가능한 한 균질한 층들을 양호한 광학적 특성과 높은 접착력으로 도포하는 것,
- 높은 투명도 및 양호한 접착력으로 가능한 한 조밀하게(dense) 보호 층들을 도포하는 것.
그에 따라, 본원 발명의 목적은 실제 반사부 부품(2차 렌즈 시스템)과 관련될 뿐만 아니라 2차 렌즈 시스템을 포함하는 전체 반도체 부품 또는 조립체와도 관련된다. 특히, 반도체 부품은 일반적으로 SCA로 알려진 소위 태양 전지 조립체이다. 이러한 SCA는 통상적으로 태양 전지, 반사부, 추가적인 요소들 그리고 그러한 SCA를 생산하기 위한 프로세스를 포함한다.
종래 기술(예를 들어 US 5,167,724; J. Jaus, U. Fleischfresser, G. Peharz et al., "heat Sink Substrates for Automated Assembly of Concentrator Modules" Proc. of 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2006, pp. 2120 2123; A. W. Bett, C. Baur, F. Dimroth et al., "FLATCONTM modules; Technology and Characterisation" Proc. of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 2003, pp. 634 - 637)에 따른 통상적인 태양 전지 조립체는 태양 전지, 열 전도를 위한 기판, 예를 들어 구리, 접촉성을 개선하기 위한 다수의 도포된 금속 층, 태양 전지 뒷면과 접촉하기 위한 납땜- 또는 접착제 층, 그리고 태양 전지 상부면의 본딩된 또는 용접된 접촉부들로 이루어진다. 이하에서, 열 전도를 위한 기판을 "칩 캐리어"라고 주로 지칭한다. 이러한 칩 캐리어는 주로 전도체 프레임(리드 프레임)으로서 설계된다.
본원 발명에 따른 반사형 및/또는 굴절형 2차 렌즈 시스템을 이용함으로써, 반도체 조립체, 특히 A. W. Bett, C. Baur, F. Dimroth et al., "FLATCONTM modules; Technology and Characterisation" Proc. of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 2003, pp. 634 - 637에 따라 구성된 타입의 태양 전지 모듈이 실질적으로 개선된다. 따라서, 통합형 2차 렌즈 시스템을 구비하는 그러한 태양 전지 조립체는 종래 기술에 비해서 다음과 같은 이점을 가진다:
- 태양 전지로부터 방출되는 열의 양호한 발산,
- 태양 전지의 임계 영역(예를 들어, 실제 층들, 본드 패드의 엣지들)의 부식, 열 응력 및/또는 빛 복사선에 의한 손상으로부터의 보호,
- 포커싱으로 인해서, 10,000 배수 까지 집중될 수 있는 태양 복사선에 대한 모든 요소들의 내성,
- 전체 구성품의 장시간의 내구성,
- 경제적인 원재료의 이용 가능성,
- 작동 중에 발생되는 열 응력 및/또는 기계적 응력에 대한 보상 및/또는 회피.
반도체 부품, 특히 2차 렌즈 시스템을 가지는 태양 전지 조립체를 제조하기 위한 본원 발명에 따른 방법은 다음과 같은 이점을 갖는다:
- 저렴한 재료비 및 프로세스 비용,
- 태양 전지에 대한 2차 렌즈 시스템의 매우 정밀한 정위치 배치(positioning),
- 장착 프로세스 중에 태양 전지, 2차 렌즈 시스템 또는 태양 전지 조립체에 존재하는 다른 요소들이 손상되는 것에 대한 회피,
- 사용되는 부품들의 불가피한 품질 결함(예를 들어, 반사부 하부의 버어)에 대한 보상, 그에 따른 제조 프로세스에서의 전체적인 효율의 결과적인 증대.
본원 발명의 청구대상은 반사형 및/또는 굴절형 2차 렌즈 시스템으로 이루어지고, 그리고 또한 특정 설계 및 특별한 제조 프로세스로 인해서 종래 기술로부터 공지된 장치에 대비하여 큰 이점을 가지는 통합형 반사식 2차 렌즈 시스템을 구비하는 태양 전지 조립체로 이루어진다.
조립을 위해서, 2-스테이지 방법이 제시되며, 그러한 방법에서 실제 연결부가 반사부를 마찰식이 아니라 기계식으로 그리고 칩 캐리어에 대해서 직접적으로 커플링시킨다. 또한, 본원 발명에 따라서 2차 반사부는 미리 장착된 커버의 성형된 부분 내로 도입되는 조립 방법이 제시된다.
후속하여, 모두 선택적인 것으로 이해될 수 있는 바람직한 실시예의 관점에서 개량 실시예들이 제안될 수 있을 것이다.
바람직한 실시예 :
2차 렌즈 시스템과 관련하여:
· 반사부는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다. 고순도 알루미늄(99% 초과 알루미늄)과 또한 99% 초과 알루미늄 및 부가된 0.5% 미만의 마그네슘을 포함하는 알루미늄 합금이 특히 적합하다. 추가적인 바람직한 원료 물질은 스테인리스 스틸 및 황동이다.
· 반사부 외측면은 파장이 4000 nm를 초과하는 적외선에 대한 높은 복사 용량을 가지는 층을 구비한다.
· 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 반사부의 경우에, 이러한 층은 특별하게 도포된 알루미늄 산화물 층으로 바람직하게 이루어진다. 이러한 층으로 인해서, 반사부의 온도가 낮아질 수 있을 것이고 그와 관련된 모든 이점들을 가질 수 있을 것이다.
· 반사부의 내부는 은을 포함하는 고반사 층 그리고 또 고반사 층을 보호하는 보호 층을 구비한다. 바람직하게, 알루미늄 산화물 또는 실리콘 산화물이 사용된다.
· 반사부의 내부는 초고순도 알루미늄(99% 초과)을 포함하는 고반사 층 그리고 또 그러한 고반사 층을 보호하기 위한 보호 층을 구비한다. 알루미늄 산화물 또는 실리콘 산화물이 바람직하게 이용된다.
반사부(돌출부)의 링과 관련하여:
· 예를 들어 반사부의 조립 후에, 태양 전지, 히트 싱크, 접촉 물질, 본딩 와이어, 반사부 및 가능한 경우의 보호 다이오드, 단자 패드, 및 두꺼운 와이어 본딩 풋(thick wire bonding foot)으로 이루어진 조립체에 예를 들어, 에폭시, 실리콘 또는 카보네이트 플라스틱 물질과 같은 캡슐화 물질이 마련된다. 이러한 캡슐화는 전술한 요소들을 부식으로부터 보호한다.
· 상부 영역 내의 반사부는 링으로서 구성된 돌출부를 구비한다. 이러한 링은 반사부의 조립을 위해서 사용된 플라스틱 물질 또는 전술한 캡슐화 물질 상으로 복사선이 충돌하는 것을 방지한다. 강한 빛의 세기로 인해서, 캡슐화 물질이 결과적으로 손상될 수 있을 것이다. 그에 따라, 본원 발명의 청구 대상은 하부에 위치하는 충진 화합물이 태양 복사선을 받지 않도록 하는 크기 보다 큰 링 또는 기타 평평한 형상의 부분에 관한 것이다.
이러한 링은 집어서 위치시키는(pick and place) 방법을 위한 파지가능한 표면으로서 작용하는 조립체에서 더욱 바람직하다. 결과적으로, 일반적으로 민감한 반사부 표면의 긁힘이 방지될 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 링은 바람직하게 평평하게 구성되고, 바람직하게는 입사 개구부에 평행하게 구성된다. 반사부 형상의 제조를 위한 바람직한 방법 즉, 딥-드로잉(deep-drawing) 방법에 의해서, 추가적인 복잡한 과정이 없이 그리고 최소한의 재료를 이용하여 이러한 링이 제조될 수 있을 것이다.
· 반사부의 상단부에 위치하는 링 또는 다른 평평한 형상의 부분은 반사부 내의 폐열이 넓은 면적에 분산될 수 있게 한다. 이러한 폐열은 반사부에 충돌하는 태양 복사선의 흡수에 의해서 또는 태양 전지로부터의 열 전도에 의해서 반사부로 전달되는 열에 의해서 생성된다. 링을 포함한 이용가능한 확대된 표면으로 인해서, 모듈 내부 공기의 대류 또는 복사에 의해서 열을 제거하는 것이 개선될 수 있을 것이다. 모듈 내부 공기는 다시 모듈의 외측 벽을 통해서 대기중으로 배출된다.
반사부의 제조 프로세스와 관련하여:
· 50 ㎛ 내지 1mm 두께의 평평한 스트립 물질의 이용,
· 단계적인 딥-드로잉 프로세스에 의해서 반사부 형상을 성형하며, 그러한 딥-드로잉 프로세스에서는, 다수의 스탬핑 및 재성형 단계들을 이용하여, 반사부 형상, 링 그리고 해당되는 경우에 특별한 부착 요소들을 평평한 스트립 물질 상에 직접적으로 형성할 수 있을 것이다.
· 그러한 방법에서, 성형 딥-드로잉 및 재성형 프로세스 이후에 개별적인 반사부 요소들이 아직 완전히 분리되지 않고 웨브-형(web-like) 연결 요소들을 통해서 밴드 스트립 내에서 여전히 유지된다. 그렇게 형성된 반-완제품형 대상물이 추가적인 프로세스 단계들, 예를 들어 반사부 내부의 표면 처리를 위한 습식-화학물질 후속 처리 단계로 공급될 수 있을 것이다. 웨브-형 연결 요소들의 결과로서, 개별적인 반사부들이 스트립 복합체 내에서 여전히 규정된 형태 및 위치로 유지되고 그에 따라 최적의 상태로 추가적으로 프로세싱될 수 있을 것이다. 특히, 개별적인 부품들 중 하나가 다른 하나 내로 미끄러져 들어가는 것이 결과적으로 방지되고, 그 결과로서 내부 표면이 손상되는 것이 방지되고 그리고 표면-기술적 프로세스(surface-technical processes)가 어렵게 되거나 불가능하게 되는 것이 방지된다. 또한, 스트립 물질 내의 모든 반사부들 사이에 존재하는 연결부로 인해서, 전기화학적 프로세스 단계들을 이용할 때 후속 처리 중에 전기적인 접촉이 한차례만 이루어질 수도 있을 것이다.
· 제 1의 성형 딥-드로잉 및 재성형 프로세스에 이어서, 성형된 반사부들을 가지는 생성된 스트립 물질이 선택적으로 습식-화학 프로세싱을 거치게 된다. 프로세스 단계들은 세정(예를 들어, 계면활성제 세정, 산성 세정, 알카라인 세정), 화학적 또는 전기화학적 폴리싱, 화학적 또는 전기화학적 버어 제거, 그리고 또한 화학적 또는 전기화학적 산화물 층의 도포와 관련된다.
· 이러한 산화물 층은 주변 공기의 영향으로부터 반사 내측 표면을 보호한다.
· 후속하여, 스탬핑 프로세스에 의해서 반사부들을 스트립으로부터 분리는 것이 실시된다.
· 반사부의 습식-화학적 처리 이후에, 반사 정도를 더욱 개선하기 위해서 예를 들어, 은- 또는 알루미늄-함유 반사 층과 같은 추가적인 층의 도포가 실시될 수 있을 것이다. 이러한 경우에, 후속하여 예를 들어 알루미늄 산화물, 실리콘 질화물, 또는 이산화 실리콘과 같은 보호 층이 예를 들어 스퍼터링, 화학기상증착(CVD) 또는 화학적-습식 방식으로 도포된다. 노출된 물질 전이부를 보호하기 위해서, 상기 보호 층의 도포 이전에 웨브들을 분리함으로써 반사부를 복합체로부터 분리할 수 있을 것이다. 이어서, 적절한 매거진(magazine; 적재수단) 장치 내에서 추가적으로 프로세싱될 수 있다.
· 딥-드로잉 프로세스에 의해서, 문헌상으로 알려진 모든 최적화된 형태, 예를 들어, 원뿔형, 포물선형, 쌍곡선형(hyperparabolic) 또는 포물선 형상들이 조합된 형태가 생성될 수 있을 것이다. 재성형 직후에 도포된 보호 층에 의해서, 이러한 것에 더 이상의 특별한 응력이 인가되지 않으며 기본 물질의 드로잉 거동에 의해서만 임계 파라미터 내에서, 예를 들어 종횡비 내에서 재성형이 영향을 받는다.
반사부를 구비하는 반도체 조립체와 관련하여:
· 반도체 조립체는 바람직하게 SCA이다.
· 반사부의 출사 개구부의 하부가 제 1 접착제 층에 의해서 태양 전지 상부측에 연결된다. 그러나, 이러한 접착제 필름은 매우 낮은 합착력 및/또는 접착력 만을 가진다. 이러한 방식에서, 열에 의해서 반사부가 팽창될 때, 태양 전지 상부측으로 힘이 전달되지 않는다(태양 전지의 접촉 금속화 부분의 분리 위험). 그에 따라, 이러한 제 1 접착제 층은 작동 중의 반사부의 제 1 팽창시에 파괴되는 예정된 소정의 파괴 지점의 타입을 나타낸다.
· 이러한 제 1 연결 층에 더하여, 제 2 접착제 또는 충진 화합물이 도포되고, 이는 칩 캐리어의 일부 및 반사부의 일부를 둘러싼다. 이러한 제 2 접착제 물질은 반사부와 칩 캐리어 사이에서 기계적으로 로딩이 가능한(loadable), 평평한 연결부를 생성한다. 그에 따라, 반사부 외측 벽에 대한 접촉 표면은 반사부의 하부 엣지의 표면에 비해서 상당히 크다. 결과적으로, 이러한 제 2 접착제 물질은 열 팽창 중에 발생하는 힘을 훨씬 더 잘 흡수할 수 있다. 또한, 흡수에 의해서 반사부 내에서 발생되는 열이 칩 캐리어로 보다 더 잘 발산될 수 있을 것이다.
· 이러한 목적을 위해서, 양호한 열 전도 물질, 예를 들어, SiOH, SiO2 또는 TiO2 입자들, 세라믹 입자들을 이용하여 충진함으로써 제 2 접착제 물질을 개선할 수 있을 것이다.
· 이러한 제 2 충진 화합물은 또한 태양 전지의 엣지 및 본딩 와이어를 둘러쌀 수 있다. 결과적으로, 캡슐화 효과가 달성되고 그에 따라 이들 특별한 임계 영역들이 기후로부터 보호된다.
· 제 2 충진 화합물을 위해서 사용되는 물질, 예를 들어 열가소성 플라스틱 물질은 강하게 집중된 복사선에 대해서 영구적으로 내성을 가지지 못하는 것이 일반적이다. 그에 따라, 이러한 충진 화합물이 작동 중에 충돌 복사선에 의해서 손상되는 것을 방지하기 위해서, 반사부 상부측의 돌출부(예를 들어, 링 또는 유사한 평평하게 성형된 부분)가 필수적으로 중요하다. 집중장치 모듈의 경우에, 예를 들어 트랙커의 잘못된 위치선정에 의해서, 전체 포커스 빔이 충진 화합물 상으로 지향될 수 있을 것이다.
· 이러한 구성에 대한 대안으로서, 반사부가 또한 접착제 층을 통해서 칩 표면에, 예를 들어 태양 전지의 표면에 직접적으로 커플링될 수 있을 것이다. 열기계적 응력을 피하기 위해서, 접착제 층이 특별한 가요성(flexible) 플라스틱 물질로부터 구성되거나 및/또는 특히 양호한 전도도를 가지는 입자 예를 들어, 은 또는 구리 입자로 충진된다.
· 다른 대안으로서, 예를 들어 WO 91/18419에서 공지된 바와 같은 장착 새들을 이용할 수도 있을 것이다. 실제 반사부를 위한 중앙 수용 개구부를 가지는 새들을 이용하는 것이 이러한 출원으로부터 공지되어 있다. 바람직하게, 전술한 바와 같이 냉간 딥-드로잉 프로세스에 의해서 평평한 금속 스트립으로부터, 2차 렌즈 시스템을 구비하는 단일체형 복합체로서의 장착 새들이 하나의 방법 단계에서 평평한 스트립 물질로부터 직접 성형될 수 있을 것이다. 이러한 통합된 방식은 장착 단계들의 생략을 통해서 프로세스를 단순화하는 것과 관련한 모든 이점 그리고 필요한 부품 수를 줄임으로써 취급상의 복잡성을 줄이는 것과 관련한 이점을 제공한다. 이러한 경우에, 장착 새들은 링의 기능 또는 음영 돌출부의 기능을 제공한다.
· 또한, 대안적인 방법이 제공되며, 그러한 대안적인 방법에서는 칩 캐리어가 칩 캐리어 평면으로부터 외측으로 돌출한 록킹 가능부(possibilities)(예를 들어, 칩; chips)를 구비한다. 2차 렌즈 시스템은 칩의 부착을 위한 기능을 하는 적절하게 성형된 부분들을 구비한다. 칩 캐리어 상의 칩들은 2차 렌즈 시스템 상의 대응 성형 부분을 넓히는 역할을 하는 안내 영역을 구비한다. 또한, 록킹 가능부들은 2차 렌즈 시스템의 성형 부분의 대응 개구부가 결합될 수 있는 부가적인 또는 대안적인 상승 부분들(예를 들어, 성형된 맨드릴 또는 컵)을 구비한다. 또한, 칩이 2차 렌즈 시스템 상에서 성형될 수 있으며, 대응하는 반대쪽-수용 수단이 칩 캐리어 상에 성형될 수 있을 것이다. 이러한 실시예는, 반도체 부품의 전체적인 복합체 내의 2차 렌즈 시스템의 신뢰성 있고, 반복이 가능한(reversible) 고정 가능성을 제공할 수 있으며, 이러한 실시예에서 접착제들이 상당 부분 필요 없게 될 수 있을 것이다.
· 장착 프로세스 동안에 금속화 부분에 대한 손상 또는 하부에 위치된 반도체 층에 대한 손상을 방지하기 위해서, 태양 전지의 상부측에는 반사부의 지지 표면 영역 내의 적절한 층이 제공된다. 이러한 층은 예를 들어, 산화물 층, 금속 층 또는 폴리이미드 또는 PTFE와 같은 플라스틱 물질로서 설계될 수 있을 것이다.
· 2차 렌즈 시스템은 또한 태양 전지 상부측에 대한 전기 연결을 위해서 이용될 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 반사부는 상부측 상의 확대된 성형 부분을 구비하며, 상기 확대 성형 부분은 제 2 전기 전도체 영역 상에서 태양 전지 다음에 전기 전도적으로 연결되며, 제 1 영역을 형성하는 칩 캐리어의 제 2 전기 전도체 영역은 전기적으로 절연된다.
태양 전지 조립체의 장착 방법과 관련하여:
· 몇 가지 바람직한 장착 방법이 있다. 본원 발명에 따른 표준형 장착 방법의 경우에, 먼저 점도가 낮은 그리고 낮은 점착 및/또는 낮은 점착 및/또는 매우 높은 탄성을 가지는 제 1 접착제 물질이 분배(dispensing), 잉크젯 방법, 스탬핑 등에 의해서 도포된다. 후속하여, 2차 렌즈 시스템이 파지 장치, 예를 들어 진공식 파지 장치에 의해서 적절한 매거진 장치로부터 제거되고, 하부로부터의 비젼(vision) 시스템에 의해서 측정된다. 비젼 시스템의 교정(correction) 정보를 고려하여, 2차 렌즈 시스템이 미리 도포된 제 1 접착제 물질 상으로 위치된다. 이러한 목적을 위해서, 최대 정위치 힘이 스프링 인장력을 통해서 결정되거나 또는 칩으로부터 10 내지 200 ㎛의 규정된 간격이 장착 헤드에 통합된 높이 센서 또는 스페이서를 통해서 유지된다. 이에 대한 대안으로서, 도포(application)가 반사부 상에서 이루어질 수 있을 것이다. 필요하다면, 추가적인 프로세스 단계에 앞서서 이러한 제 1 접착제 물질을 경화시킬 수 있으며, 이는 특히 낮은-점도의 접착제 물질에서는 필요치 않을 것이다. 이어서, 고정된 2차 렌즈 시스템이 제 2 접착제 물질로 부분적으로 덮여진다. 그에 따라, 제 1 접착제 물질은 제 2 접착제 물질이 모세관 효과에 의해서 활성 태양 전지 영역을 향해서 이동하는 것을 방지한다. 후속하여, 제 2 물질이 경화된다.
· 추가적인 바람직한 장착 방법은 다음과 같은 순서를 가진다: 태양 전지, 히트 싱크, 태양 전지의 하부측 및 상부측 접촉 그리고 해당되는 경우에 접촉부들을 가지는 보호 다이오드 및 해당되는 경우에 접촉부들을 가지는 접촉 패드로 이루어진 조립체가 충진 화합물로 충진된다. 조립체의 부분들 또는 심지어는 전체 조립체가 충진 화합물 내에서 둘러싸이도록 하는 방식으로 충진이 이루어진다. 태양 전지의 영역 내의 충진된 영역은 2차 렌즈 시스템의 외측 형상에 맞추어진 리세스를 구비한다. 반사부는 이러한 리세스 내로 삽입될 수 있고 그리고 마찰에 의해서 또는 부가된 접착제가 추가되어 영구적으로 고정될 수 있다. 이러한 실시예는 태양 전지가 캡슐화에 의해서 주변 영향으로부터 보호될 수 있다는 이점을 가지며, 반사부의 열 팽창 중의 결과적인 힘이 충진 큰 표면에 걸쳐 화합물 내로 도입된다는 이점을 가지고, 그리고 흡수된 복사선에 의해서 생성된 열이 충진 화합물과의 큰-면적의 접촉을 통해서 용이하게 발산될 수 있다는 이점을 가진다.
· 추가적인 바람직한 실시예는 전술한 장착 새들에 의한 반사부의 장착에 관한 것이다. 유사하게, 새들의 장착을 위해서 또는 직접적인 접합(용접, 납땜, 본딩)에 의한 장착을 위해서, 실리콘 산화물, 실리콘 수산화물, 은 또는 유사물로 제조된 입자를 구비하는 양호한 전도성의 물질을 포함하는 접착제를 이용하는 것이 바람직하다.
· 바람직하게, 반사부의 하부 개구부로부터 태양 전지의 상부측 그리드까지 수직으로 측정되는 반사부의 태양 전지로부터의 간격은 바람직하게 20 내지 300 ㎛ 이다.
· 반사부는 에폭시, 실리콘, 또는 카보네이트 플라스틱 물질과 같이 공기 보다 굴절율이 높은 광학적으로 투명한 영역과 측부 영역을 둘러싸는 반사 층을 포함하는 반사 요소로서 구성된다. 결과적으로, 2개의 본질적인 이점들이 얻어진다: 즉, 첫 번째로, 광학적으로 투명한 영역의 높은 굴절율(공기에 비해서 높은 굴절율)의 결과로서, 제 1 렌즈(primary lens)로부터 투명 영역의 표면 상으로 대각선 방향으로 충돌하는 빔의 부가적인 편향이 태양 전지의 방향을 초래하며, 두 번째로 태양 전지 표면이 투명 영역에 의해서 외부 영향으로부터 차단된다(screened). 2차 렌즈 시스템은, 반사 특성 이외에도, 유리한 방식으로 보완되는 굴절 특성도 가진다.
· 그러한 부품은 예를 들어 에폭시, 실리콘 또는 카보네이트 플라스틱 물질과 같은 투명한 물질을 이용하여 딥-드로잉된 반사부를 충진함으로써 제조될 수 있을 것이다.
· 바람직한 실시예에서, 알루미늄 산화물 상에서의 습윤 각도(wetting angle)가 큰(90°초과) 투명한 물질이 이용된다. 이러한 경우에, 바람직하게 볼록한 렌즈-형상의 표면이 생성되고, 이는 작동 중의 온도 효과에 의해서 보다 더 확대된다. 볼록한 표면에 의해서, 엣지 빔들이 바람직하게 분할되고(broken), 그리고 반사의 수(the number of reflections) 및 그에 따른 손실이 최소화된다. 그에 따라, 표면의 볼록한 형상은 집중장치 모듈의 각도 허용치에 대해서 유리할 것이고, 추가적인 광학적 파라미터들(틸팅 공차, 집중 증대)에 대해서도 유리할 것이다.
· 광학적으로 투명한 물질을 이용한 반사부의 충진은, 태양 전지 상으로의 장착 이전에, 장착 중에 또는 장착 후에 이루어질 수 있을 것이다. 바람직한 실시예에서, 태양 전지 상으로의 장착에 앞서서 반사부가 충진된다. 이러한 목적을 위해서, 반사부의 내부 또는 그러한 내부의 일부가 대략적으로 출사 개구부의 높이까지 투명 물질로 충진되고 그리고 경화된다. 출사 개구부의 평면이 바람직하게 20 내지 300 ㎛ 만큼 투명 영역과 중첩된다. 결과적으로, 태양 전지의 활성 영역 크기의 또는 출사 개구부 크기의 면적이 생성된다. 이러한 면적은 광학적으로 투명한 접착 물질에 의해서 2차 렌즈 시스템을 태양 전지 상으로 직접 장착하기 위한 면적으로 작용한다.
· 또 다른 바람직한 장착 방법은 태양 전지의 영역 내에 장착하기에 앞서서 모바일의(mobile) 광학적으로 투명한 물질을 태양 전지 조립체 상으로 도포하는 것이다. 이어서, 반사형의 2차 렌즈 시스템이 이러한 물질 내로 삽입되고, 물질의 경화에 의해서 고정된다. 그에 따라, 2차 렌즈 시스템의 내부에 위치하는 충진 화합물의 일부가 태양 전지의 활성 표면에 대한 보호 층으로서의 역할을 하고 동시에, 공기에 비해서 높은 밀도에 의해서, 광학적 빔 편향장치로서의 역할을 한다. 이러한 효과를 증대시키기 위해서, 투명한 충진 화합물을 반사부 내에 추가로 충진함으로써, 이러한 효과의 증대가 달성될 수 있을 것이다. 동시에, 반사부와 함께 충진 화합물의 일부를 경화시키는 것은 기후로부터 셀 엣지들 및 표면 접촉부(본딩 와이어)로의 연결부들에 대한 보호를 제공하는 역할을 한다.
이하에서는, 첨부 도면을 참조하여 본원 발명의 청구 대상에 대해서 보다 구체적으로 설명하며, 그러한 구체적인 설명은 본원 발명의 청구 대상을 특히 도면에 도시된 파라미터들로 제한하지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b는 재성형에 앞서서 금속 시트들이 고반사 층들을 구비하는 종래 기술을 도시한 도면이다.
도 2a는 본원 발명에 따른 2차 렌즈 시스템을 포함하는 SCA의 특정 실시예를 도시한 도면이다.
도 2b 및 2c는 도 2a에 도시된 연결선 A-A 또는 B-B를 따라 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 2차 렌즈 시스템을 구비하는 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 2차 렌즈 시스템을 칩 캐리어 상에 기계적으로 고정하는 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 접촉부를 통해서 배선된 다수의 SCA를 포함하는 모듈을 도시한 도면이다.
도 2a는 본원 발명에 따른 2차 렌즈 시스템을 포함하는 SCA의 특정 실시예를 도시한 평면도이고, 도 2b 및 2c는 도 2a에 도시된 연결선 A-A 또는 B-B를 따라 도시한 단면도이다. 도 2a, 2b 및 2c는 2차 렌즈 시스템(100)이 본 실시예의 경우에 SCA를 나타내는 반도체 부품(200) 내에 통합되는 특정 실시예에 관한 것이며, 이때 다수의 접착 연결부들이 반도체 부품의 고정을 위해서 마련된다. 그에 따라, SCA(200)의 모든 부품들은 칩 캐리어(10) 상에 놓여진다. 태양 전지(2) 및 와이어링 패드(13)가 접착제 또는 납땜부(16)에 의해서 칩 캐리어(10)로 각각 연결되며, 상기 와이어링 패드를 통해서 SCA(200)에 의해서 생성된 전류가 접촉부(contact; 콘택)를 통해서 와이어링(12 및 12')으로 공급될 수 있을 것이다. 따라서, 태양 전지(2) 자체로부터 와이어링 패드(13)까지의 전류 라인이 본딩 와이어(14)를 통해서 구현된다. 그에 따라 본원 발명에 따른 2차 렌즈 시스템(100) 자체는 내측부가 파장 범위가 350 내지 2,000 nm인 빛에 대해서 특히 높은 반사도를 가지는 금속계 물질로 본질적으로 이루어진 반사부(3)로서 구성된 하우징을 포함한다. 표면 상에서, 단일체로 성형된 돌출부(6)가 구성되며, 그러한 돌출부는, 한편으로, 장착 보조부로서 작용할 수 있고, 다른 한편으로, 또한 태양 전지 조립체의 임계 영역들을 집중된 태양광으로부터 보호하는 작용을 할 수 있다. 이는, 특히 도 2a에 가장 잘 도시되어 있다. 또한, 반사부(3)는 그 외측부 상에 층을 구비하는데, 그 층은 2,000 내지 10,000 nm 파장 범위 내에서 특히 바람직한 방출 용량을 가지는, 예를 들어, 알루미늄 산화물로 제조된 층이다. 칩 캐리어(10)는 냉각 기판의 기능을 하며, 칩 캐리어의 넓은-면적 구성에 의해서 열이 효과적으로 발산될 수 있을 것이다. 바람직한 구성체(arrangement)는 2차 렌즈 시스템(100)의 광학적 축이 태양 전지 구성체SCA(200)의 활성 표면의 기하학적 중심을 통해서 가능한 한 멀리 연장하는 이점을 제공한다. 그에 따라, 2차 렌즈 시스템(100)의 입사 개구부(4)는 관련 파장 범위에서 투명한 윈도우(8)에 의해서 폐쇄된다. 그에 따라, 2차 렌즈 시스템(100)을 태양 전지(2)에 고정하는 것이 출사 개구부(5)의 영역 내에서 제 1 접착제(11)에 의해서 이루어진다. 2차 렌즈 시스템(100)을 SCA(200) 상에서 추가적으로 고정하는 것은, 2차 렌즈 시스템(100)의 주위로 도포되는 부가적인 본딩 물질(17)에 의해서 이루어진다. 그에 따라, 본딩 물질(17)은 예를 들어 태양 전지, 와이어링 패드(13) 및 본딩 와이어(14)와 같은 SCA(200)의 일부 부품을 둘러쌀 수 있다. 돌출부(6)에 의해서, 적어도 본딩 물질 및 그 하부에 위치된 SCA(200)의 부품들이 공격적이고 집중된 태양 복사선으로부터 보호된다. 결과적으로, 본딩 물질(17)은 예를 들어 취성화(embrittlement)와 같은 시효(ageing) 프로세스로부터 효과적으로 보호될 수 있다.
도 2c에서, 2차 렌즈 시스템(100)을 가지는 도 2a 및 도 2b에 도시된 SCA(200)의 다른 실시예가 도시되어 있으며, 그러한 2차 렌즈 시스템(100)의 내부는 광학적으로 투명한 충진 물질(7)로 거의 전체적으로 충진된다. 이러한 충진 물질이 높은 굴절율을 가지는 경우에, 굴절형 집중은 2차 렌즈 시스템(100) 내에서 태양광의 반사형 집중에 부가하여 또는 그 대신에 이루어진다. 그에 따라, 충진 물질의 표면이 볼록한 형태를 가지는 것이 바람직하다.
도 3a 및 도 3b는 2차 렌즈 시스템(100)을 구비하는 구성체(200)의 추가적인 바람직한 실시예를 도시한 도면으로서, 명료한 도시를 위해서 SCA(200)의 일부 부품들(예를 들어, 본딩 와이어(14))은 도시하지 않았다. 도 3a는 SCA(200)의 사시도를 도시하는 반면, 도 3b는 도 3a의 라인 A-A를 따른 단면을 도시하며, 도 3a 및 도 3b의 실시예는 본질적으로 2차 렌즈 시스템(100)을 칩 캐리어(10) 상에 고정하기 위한 다른 고정 가능부(fixing possibility)에 관한 것이다. 그에 따라, 칩 캐리어(10)는 각각 새들로서 스탬핑된 기계적 부착 요소(9 및 9')를 고정하는 역할을 하는 홈을 각각 구비하는 록킹 가능부(18 또는 18')를 구비한다. 그에 따라, 부착 요소(9 및 9')는 형상-결합(form-fit) 방식으로 2차 렌즈 시스템(100)으로 연결되고, 돌출부(6)의 기능을 가진다. 이에 대한 대안으로서, 부착 요소(9, 9')가 반사부(3)에 일체형으로 연결되는 것이 특히 바람직할 것이며; 이러한 것은 예를 들어 딥-드로잉 방법으로 2차 렌즈 시스템(100)을 제조할 때 가능할 것이다. 그러한 실시예의 특별한 이점은, 단순한 기계적 수단으로 인해서, 2차 렌즈 시스템(100)을 태양 전지(2) 상에 영구적으로 고정하는 것이 접착제 없이도 이루어질 수 있다는 것이다. 바람직하게 금속으로 형성되는 새들(9 및 9')의 큰 면적으로 인해서, 하부에 위치되는 부품들, 예를 들어 와이어링 패드(13)의 전체적인 스크리닝(total screening)이 보장된다. 유사하게, 새들(9 및 9')을 통한 칩 캐리어(10)로의 열 에너지의 양호한 발산이 가능해진다.
2차 렌즈 시스템(100)을 칩 캐리어(10) 상에 기계적으로 고정하는 추가적인 다른 실시예가 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있으며, 도 4b는, 다른 이전의 도면들에서와 같이, 도 4a의 라인 A-A를 따른 단면을 도시한다. 여기에서, 새들 요소(9 및 9')의 기계적인 고정은 칩 캐리어(10)에 대한 글루잉(glueing)(16)에 의해서 이루어진다. 추가적인 실시예들은 도 3a 및 도 3b의 특징들과 동일하다.
도 5는 접촉부(12 및 12')를 통해서 배선된 다수의 SCA(200)를 포함하는 모듈(300)을 도시한 도면이다. 또한, 프레넬 수집장치로서 구성된 집중 1차 렌즈 시스템(15)으로 이루어진 구성체가 도시되어 있다.

Claims (47)

  1. 반도체 요소 상으로 태양광을 포커싱하기 위한 반사형 또는 굴절형 2차 렌즈 시스템(100)으로서,
    태양광을 향해서 배향되는 입사 개구부(4) 및 상기 반도체 요소(2)를 향해서 배향되는 출사 개구부(5)를 구비하는 반사부(3)를 포함하며,
    상기 반사부(3)는 상기 반사부(3)를 둘러싸는 돌출부(6)를 구비하는, 2차 렌즈 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부(6)가 입사 개구부(4)의 높이에서 상기 반사부(3)의 길이방향으로 배치되는, 2차 렌즈 시스템(100).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부(6)가 상기 반사부(3)에 일체형으로 또는 형상-결합 방식으로 연결되는, 2차 렌즈 시스템(100).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부(6)가 상기 입사 개구부(4)에 대해서 평면-평행하게 배치되는, 2차 렌즈 시스템(100).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부(6)가 장방형, 평방형, 원형, 타원형, 또는 불규칙적인 형상으로 구성되는 윤곽선을 가지는, 2차 렌즈 시스템(100).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사부(3)가 알루미늄 또는 알루미늄을 포함하는 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 적어도 부분적으로 포함하는, 2차 렌즈 시스템(100).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사부(3)가 100 내지 500 ㎛의 벽 두께를 가지는, 2차 렌즈 시스템(100).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 출사 개구부(5)를 향해 배향된 상기 돌출부(6)의 표면 또는 상기 반사부(3)의 외측부가 2,000 내지 10,000 nm의 파장 범위에서 전체 방출 정도(total emission degree)(εn)가 0.5 내지 0.95인 하나 이상의 코팅을 구비하는, 2차 렌즈 시스템(100).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 코팅이 알루미늄 산화물을 포함하고, 또는 전체 방출 정도(εn)가 0.5 내지 0.95인 바니시(varnish)를 포함하는, 2차 렌즈 시스템(100).
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사부(3)의 내부가 400 내지 800 nm의 파장 범위에서 반사도(reflection degree; ρ)가 70%를 초과하는 또는 900 내지 2,500 nm의 파장 범위에서 반사도(ρ)가 80%를 초과하는 하나 이상의 고반사 코팅을 구비하는, 2차 렌즈 시스템(100).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 고반사 코팅이 고순도(99 중량% 초과) 형태의 알루미늄, 은, 다양한 굴절율(n20 D )을 가지는 물질들의 층 시퀀스(sequence) 또는 이들의 합금이나 조합을 포함하는, 2차 렌즈 시스템(100).
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사부(3)의 내부가 알루미늄 산화물, 실리콘 탄화물 또는 실리콘 산화물로 이루어지거나 포함하는 하나 이상의 보호 코팅을 구비하는, 2차 렌즈 시스템(100).
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사부(3)의 내측부 상에 하나 이상의 고반사 코팅이 도포되고, 상기 하나 이상의 고반사 코팅 상에는 하나 이상의 보호 코팅이 도포되는, 2차 렌즈 시스템(100).
  14. 제 1 항에 있어서,
    300 내지 2,500 nm의 파장 범위에서 광학적으로 투명한 물질(7)로 공동(cavity)이 적어도 부분적으로 충진되는, 2차 렌즈 시스템(100).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 물질(7)이 공기 보다 큰 굴절율(n20 D )을 가지는, 2차 렌즈 시스템(100).
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    액체 응집물 상태(liquid aggregate state)의 상기 광학적으로 투명한 물질(7)이 알루미늄 산화물 상에서 90°보다 큰 습윤 각도를 가지는, 2차 렌즈 시스템(100).
  17. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 물질(7)이 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 유리, 석영 유리 및 열가소성 플라스틱 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 2차 렌즈 시스템(100).
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사 개구부(4) 또는 상기 출사 개구부(5)가 300 내지 2,500 nm의 파장 범위에서 광학적으로 투명한 윈도우(8)로 폐쇄되는, 2차 렌즈 시스템(100).
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 윈도우(8)가 유리, 플렉시글래스, 실리콘 산화물, 실리콘 탄화물, 및 알루미늄 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 2차 렌즈 시스템(100).
  20. 제 1 항에 있어서,
    상부에 몰딩된 부착 요소(9)가 적어도 하나의 측부에서 형상결합 방식으로 상기 돌출부(6)에 대해서 접하며(abuts), 이를 통해서 상기 2차 렌즈 시스템이 반도체 요소 또는 칩 캐리어(10)로 연결될 수 있는, 2차 렌즈 시스템(100).
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 돌출부(6)의 둘 이상의 서로 반대로 배치된 측부들에 대해서 각각 하나의 부착 요소(9)가 접하는, 2차 렌즈 시스템(100).
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 부착 요소(9)가 상기 돌출부(6) 상에 일체형으로 몰딩되는, 2차 렌즈 시스템(100).
  23. 제 1 항에 따른 2차 렌즈 시스템 그리고 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2)을 포함하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체에 있어서,
    상기 2차 렌즈 시스템(100)이 출사 개구부(5)를 통해서 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2)에 형상-결합 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  24. 제 23 항에 있어서,
    접착제(11) 또는 기계적 고정부(9)에 의해서 본드가 생성되는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 접착제(11)가 낮은 고착력 또는 접착력을 가지는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 2차 렌즈 시스템(100)이 상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2)과 1 내지 5,000 ㎛의 간격으로 배치되고, 적어도 상기 2차 렌즈 시스템(100)과 상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체(2) 사이가 접착제(11)로 충진되는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  27. 제 23 항에 있어서,
    반도체 조립체를 하나 이상의 추가적인 반도체 조립체에 전기적으로 배선하기 위한 접촉부(12, 12'), 칩 캐리어(10), 와이어링 패드(13), 상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2)을 상기 와이어링 패드(13)로 전기적으로 배선하기 위한 본딩 와이어(14), 하나 이상의 보호 다이오드 및 빛을 2차 렌즈 시스템(100) 상으로 집중하기 위한 하나 이상의 1차 렌즈 시스템(15)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 추가적인 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2) 또는 와이어링 패드(13)가 상기 칩 캐리어(10) 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2)과 상기 2차 렌즈 시스템(100)이 상기 칩 캐리어(10) 상의 본딩 물질(17)에 의해서 고정되고, 상기 본딩 물질(17)은 상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2)과 상기 2차 렌즈 시스템(100)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 본딩 물질(17)이 열가소성 플라스틱 물질, 에폭시 수지, 실리콘, 아크릴레이트 및 시아노아크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 본딩 물질(17)이 은 입자, 구리 입자, 세라믹 입자, 실리카 입자 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 열 전도 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 본딩 물질(17)은 상기 칩 캐리어(10)를 향하는 돌출부 방향으로 상기 2차 렌즈 시스템(100)의 돌출부(6)에 의해서 완전히 덮여지는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  33. 제 23 항에 있어서,
    상기 2차 렌즈 시스템(100)이 하나 이상의 부착 요소(9)를 통해서 상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2) 또는 칩 캐리어(10)로 연결되는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 칩 캐리어(10)가 하나 이상의 형상-결합식의 반복가능형 록킹 메카니즘(18)을 구비하며, 상기 록킹 메카니즘에는 상기 하나 이상의 부착 요소(9)가 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  35. 제 23 항에 있어서,
    상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2)이, 적어도 상기 2차 렌즈 시스템(100)으로 연결되는 측부 상에서, 금속 층, 산화물 층 및 플라스틱 물질 층으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 보호 코팅을 구비하는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  36. 제 23 항에 있어서,
    상기 2차 렌즈 시스템(100)이 상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2)과 전기적으로 접촉되는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  37. 제 23 항에 있어서,
    상기 반도체 조립체가 하나 이상의 접촉부를 통해서 하나 이상의 추가적인 반도체 조립체에 직렬 또는 병렬로 전기적으로 배선되는 것을 특징으로 하는 광-흡수 또는 광-방출 반도체 조립체.
  38. 제 23 항에 따른 반도체 조립체의 제조 방법으로서,
    제 1항에 따른 2차 렌즈 시스템이 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2) 상에 또는 칩 캐리어(10) 상에 고정되는, 반도체 조립체의 제조 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    a) 접착제(11)를 상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2) 상에 도포하는 단계,
    b) 2차 렌즈 시스템(100)과 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2) 사이에서 1 내지 5,000 ㎛의 간격이 유지되도록, 상기 2차 렌즈 시스템(100)을 상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2) 상으로 가압하는 단계, 그리고
    c) 상기 단계 a) 및 b)에서 생산된 복합체를 후속하여 경화되는 본딩 물질(17)로 덮는 단계를 포함하는, 반도체 조립체의 제조 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 접착제(11)의 도포가 잉크젯 방법 또는 스탬핑 프로세스에 의해서 이루어지는, 반도체 조립체의 제조 방법.
  41. 제 38 항에 있어서,
    a) 리세스를 빈 상태(free)로 유지하면서, 상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2) 주위로 본딩 물질(17)을 도포하는 단계, 및
    b) 2차 렌즈 시스템(100)을 상기 리세스 내로 삽입하고 고정하는 단계를 포함하는, 반도체 조립체의 제조 방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2)이 상부에 배치되는 상기 칩 캐리어(10) 상으로 충진 화합물이 도포되는, 반도체 조립체의 제조 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    추가적으로, 본딩 와이어(14), 와이어링 패드(13), 또는 하나 이상의 보호 다이오드가 충진 화합물에 의해서 적어도 부분적으로 둘러싸이는, 반도체 조립체의 제조 방법.
  44. 제 41 항에 있어서,
    상기 2차 렌즈 시스템(100)의 고정이 접착 마찰(adhesive friction) 또는 2차 렌즈 시스템(100)과 충진 화합물의 리세스 사이의 접촉 표면 상의 추가적인 접착제의 부가에 의해서 실시되는, 반도체 조립체의 제조 방법.
  45. 제 38 항에 있어서,
    상기 2차 렌즈 시스템(100)이 적어도, 하나 이상의 부착 요소(9)에 의해서, 상기 칩 캐리어(10) 상에 고정되는, 반도체 조립체의 제조 방법.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 부착 요소(9)가 상기 칩 캐리어(10)로 글루잉, 나사 체결, 리벳팅, 용접, 납땜 또는 본딩되도록 또는 록킹 가능부(18)를 통해서 직접적으로 고정되도록, 상기 고정이 이루어지는, 반도체 조립체의 제조 방법.
  47. 제 38 항에 있어서,
    접착제(11)가 상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2) 상으로 도포되고, 상기 2차 렌즈 시스템(100)은 상기 접착제(11)가 도포된 상기 광-흡수 또는 광-방출 반도체 부품(2) 상의 정위치로 가압되고, 그리고 후속하여 상기 접착제가 경화되는, 반도체 조립체의 제조 방법.
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