可反復充放電的量子電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種防止通過使n型金屬氧化物半導體進行光激發(fā)結構變化而充電且能夠低成本化及進行穩(wěn)定動作的量子電池的電極的氧化，并防止歷經(jīng)長期經(jīng)年變化而能夠反復充放電的量子電池。能夠反復使用的量子電池，是將具有抗氧化功能的第1金屬電極12、通過使被絕緣性物質(zhì)覆蓋了的n型金屬氧化物半導體進行光激發(fā)結構變化從而在帶隙中形成能級而捕獲電子的充電層14、p型金屬氧化物半導體層16、以及具有抗氧化功能的第2金屬電極18進行層疊而構成，電極具備抗氧化功能。金屬電極12及18是為了保持抗氧化功能而由具有鈍態(tài)特性的金屬所構成的鈍態(tài)金屬層。
【專利說明】可反復充放電的量子電池
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種量子電池的電極，該量子電池基于下述動作原理:利用紫外線照射所導致的金屬氧化物的光激發(fā)結構變化，在帶隙中形成新的能級，在帶隙中的能級捕獲電子從而進行充電。
【背景技術】
[0002]二次電池廣泛普及于從手機、筆記本電腦等移動終端至電力汽車，反復進行充放電而使用。在以往的二次電池中，由于反復大電力、大容量的充放電，發(fā)生電極的劣化，進而，因經(jīng)時性的劣化、電極的氧化所導致的劣化等緣故，作為電池的特性也會降低，這是成為阻礙長壽命化的要因。
[0003]特別是針對電極的氧化，包含依存于各二次電池的充電原理的本質(zhì)性的問題。
[0004]關于鋰電池，在正極使用含有鋰的金屬氧化物，另一方面在負極使用碳等能夠收容、釋出鋰的材料，使由能夠離子解離的鋰鹽與能將其溶解的有機溶劑所構成的電解液含浸于該材料。作為上述的鋰電池用的電極，公開了由為了高性能且大容量化而作了改良的石墨粉末所制成的碳電極(例如參照專利文獻1、專利文獻2等)。
[0005]此外，在具備含有有機硅作為負極活性物質(zhì)的負極、含有正極活性物質(zhì)的正極、以及非水電解液的非水電解液二次電池中，也提案有:在負極內(nèi)或負極的表面含有抑制電池作動時的有機娃氧化的添加劑，在非水電解液中含有用于在負極表面形成皮膜的皮膜形成劑(例如參照專利文獻3等 )。
[0006]此外，關于固體高分子型燃料電池，雖將利用間隔物來夾持固體高分子膜的單元作為一單位而將多個單元進行堆積，但對于用來夾持固體高分子膜的間隔物，被要求導電性良好且具低接觸電阻，因此，以往使用石墨質(zhì)的間隔物。但是，石墨質(zhì)間隔物脆，因此使用不銹鋼來取代石墨作為間隔物，利用由不銹鋼的構成成分Cr、Mo、Fe等的氧化物、氫氧化物所形成的鈍態(tài)皮膜來覆蓋鋼板表面，通過該鈍態(tài)皮膜的阻擋效果而得到基底鋼的防蝕效果(例如參照專利文獻4、5等)。
[0007]這樣，從電池功能的原理與構造性的方面考慮，在各種二次電池中，對于電極的氧化而有各式各樣的對策被提出。
[0008]現(xiàn)有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開2002-124256號公報
[0011]專利文獻2:日本特開平11-73964號公報
[0012]專利文獻3:日本特開2006-286314號公報
[0013]專利文獻4:日本特開2009-107778號公報
[0014]專利文獻5:日本特開2009-107778號公報

【發(fā)明內(nèi)容】
[0015]發(fā)明所要解決的課題
[0016]本發(fā)明為了通過簡單的構造而實現(xiàn)大容量的二次電池，而將作為二次電池的量子電池作為對象，該量子電池是將導電性的第I電極、通過使被絕緣性物質(zhì)覆蓋了的η型金屬氧化物半導體進行光激發(fā)結構變化從而在帶隙中形成能級而捕獲電子的充電層、P型半導體層、以及導電性的第2電極進行層疊而構成的(PCT/JP2010/067643)。
[0017]在該量子電池中，形成利用電極來將所層疊的充電層與P型半導體層從兩側夾持的結構，使用金屬材料作為電極材料。在這樣的層疊結構中，由于制造電池時的加熱工序中的發(fā)熱，而在一方的電極上形成充電層時、在P型半導體層上形成另一方的電極時金屬電極氧化，與充電層、P型金屬氧化物半導體層的密合性降低，在明顯的情況下，會產(chǎn)生電極剝離等問題。
[0018]本發(fā)明的目的為提供一種通過使η型金屬氧化物半導體進行光激發(fā)結構變化從而在帶隙中形成電子捕獲能級，通過在該捕獲能級捕獲電子而充電的量子電池，其解決在制造中的加熱工序中電極剝離的問題，能夠長期使用。
[0019]用于解決課題的手段
[0020]本發(fā)明的量子電池，其特征在于，是將第I金屬電極、充電層、P型金屬氧化物半導體層、以及第2金屬電極進行層疊而構成，所述充電層通過使被絕緣性物質(zhì)覆蓋的η型金屬氧化物半導體進行光激發(fā)結構變化從而在帶隙中形成能級而捕獲電子，
[0021]第I金屬電極與前述第2金屬電極中的任一者為具有抗氧化功能的金屬電極。 [0022]第I金屬電極與第2金屬電極可兩者都為具有抗氧化功能的金屬電極。
[0023]具有抗氧化功能的金屬電極為具有鈍態(tài)特性的鈍態(tài)金屬層。也可具備多層該鈍態(tài)金屬層。
[0024]此外,第I金屬電極與第2金屬電極中的任一者也可為將由導電性金屬層所構成的金屬電極與具有抗氧化功能的金屬電極進行層疊而構成的金屬電極，第I金屬電極與第2金屬電極可兩者都為將由導電性金屬層所構成的金屬電極與具有抗氧化功能的金屬電極進行層疊而構成的金屬電極。
[0025]在該情況下，具有抗氧化功能的金屬電極為具有鈍態(tài)特性的鈍態(tài)金屬層，鈍態(tài)金屬層也可為多個鈍態(tài)金屬層。
[0026]在量子電池中，關于P型金屬氧化物半導體，氧化鎳或銅鋁氧化物有效，也可使用其他的P型半導體。
[0027]此外，充電層中的η型金屬氧化物半導體為如下復合物:由氧化錫、二氧化鈦或氧化鋅中的任一者、或者將它們組合而成的材料所構成，通過紫外線照射而發(fā)生光激發(fā)結構變化而具備充電功能。覆蓋η型金屬氧化物半導體的絕緣性物質(zhì)為絕緣性樹脂或無機絕緣物。
[0028]鈍態(tài)金屬層的金屬材料，至少為鉻、鎳、鈦、鑰中的任I種。進而，鈍態(tài)金屬層的金屬材料，也可為至少含有鉻、鎳、鈦、鑰中的任I種的合金。進而，鈍態(tài)金屬層的金屬材料，也可為至少在銅中含有鉻、鎳、鈦、鑰中的任I種的合金。
[0029]在本量子電池中，導電性金屬層的金屬材料可使用銅，且將柔性絕緣性的片作為基板。
[0030]發(fā)明效果[0031]依據(jù)本發(fā)明的量子電池，可提供一種通過防止在制造時的加熱工序中因金屬電極的氧化所導致的電極剝離問題，而且抑制因經(jīng)年變化所導致的電極氧化，從而防止劣化、剝離，歷經(jīng)長期而能夠反復充放電的穩(wěn)定的量子電池。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是表示本發(fā)明的能夠反復充放電的量子電池的構造的圖。
[0033]圖2是說明本發(fā)明的量子電池的充電層的圖。
[0034]圖3是說明通過光激發(fā)結構變化所形成的新的能級的能帶圖。
[0035]圖4是說明由光激發(fā)結構變化所致的電子的行為的圖。
[0036]圖5是說明適用本發(fā)明的二次電池的充放電功能的能帶圖。
[0037]圖6是插入了 η型金屬氧化物半導體層的量子電池的說明圖。
[0038]圖7是僅在第2電極使用了具有鈍態(tài)特性的金屬材料的量子電池的說明圖。
[0039]圖8是僅在第2電極使用了具有鈍態(tài)特性的金屬材料，在第I電極側設有基板的量子電池的說明圖。
[0040]圖9是僅在第I電極使用了具有鈍態(tài)特性的金屬材料的量子電池的說明圖。
[0041]圖10是僅在第I電 極使用了具有鈍態(tài)特性的金屬材料，在第2電極側設有基板的量子電池的說明圖。
[0042]圖11是使第I電極及第2電極為具有導電性的導電性金屬層與具有鈍態(tài)特性的鈍態(tài)金屬層的層疊結構的量子電池的說明圖。
[0043]圖12是使第I電極及第2電極為具有鈍態(tài)特性的鈍態(tài)金屬層的層疊結構的量子電池的說明圖。
[0044]圖13是使第I電極及第2電極為利用具有鈍態(tài)特性的鈍態(tài)金屬層來夾持具有導電性的導電性金屬層的層疊結構的量子電池的說明圖。
[0045]圖14是使第I電極為具有鈍態(tài)特性的金屬層，使第2電極為利用具有鈍態(tài)特性的鈍態(tài)金屬層來夾持具有導電性的導電性金屬層的層疊結構的量子電池的說明圖。
[0046]圖15是在第I電極側設有基板，使第2電極為利用具有鈍態(tài)特性的鈍態(tài)金屬層來夾持具有導電性的導電性金屬層的層疊結構的量子電池的說明圖。
[0047]圖16是使用具有鈍態(tài)特性的金屬層而實施了的量子電池例。
[0048]圖17是使用具有鈍態(tài)特性的金屬的合金層而實施了的量子電池例。
【具體實施方式】
[0049]本發(fā)明以基于在充電層采用了光激發(fā)結構變化技術的新的充電原理的作為二次電池使用的量子電池作為對象，為了防止因隨著電池制造時的加熱工序、經(jīng)年變化而產(chǎn)生的電極的氧化所導致的劣化，而設有具有鈍態(tài)特性的金屬層。
[0050]圖1是表示本發(fā)明的能夠反復充放電的量子電池10的剖面結構的圖。在圖1中，量子電池10形成為下述構造:使用了具有鈍態(tài)特性的金屬材料的導電性的第I電極12、用來充電能量的充電層14、ρ型金屬氧化物半導體層16、以及與第I電極12同樣使用了具有鈍態(tài)特性的金屬材料的導電性的第2電極18層疊而成的構造。
[0051]第I電極12與第2電極18，只要功能上形成有導電膜即可，可使用導電性好的金屬，例如銅、銅合金、鎳、鋁、銀、金、鋅或錫等。其中，銅在成本方面廉價，適合作為電極的材料。
[0052]然而，一般而言，銅如果放置于大氣環(huán)境下，則會形成氧化亞銅的皮膜，如果濕度高則會形成堿式碳酸銅。進而，也有時會通過存在于空氣中的硫氧化物而被氧化，形成硫化銅、硫酸銅。因此，在作為電極的功能的劣化顯著的情況下，會導致剝離產(chǎn)生。針對其他的金屬材料，無論程度的大小與否都存在氧化的問題，成為縮短壽命的重大要因。特別是在本量子電池10中，存在有時第I電極12在充電層14形成時氧化這樣的問題。
[0053]作為解決上述問題的手段，對金屬電極附加抗氧化功能是有效的，因此，本發(fā)明通過在以金屬材料來構成電極的情況下適用具有鈍態(tài)特性的材料，由此防止因制造時的加熱工序所導致的氧化，謀求作為電池的長壽命化。
[0054]所謂鈍態(tài)，是指無論金屬的電化學序是否位于卑(活性)的位置，都會以極緩慢的速度進行腐蝕的金屬的狀態(tài)，是作為金屬材料的耐蝕性的根本的性質(zhì)。通過極少陽極電流而進行大幅極化的金屬通過接近電化學上相當貴(非活性)的金屬的行為來進行鈍態(tài)化。該情況下，作為腐蝕生成物的氧化皮膜成為具有保護性，被賦予耐蝕性。
[0055]腐蝕區(qū)域，可通過對電極在正方向施加電位以引起氧化反應的陽極極化曲線來檢查。在電位低的情況下，電流會隨著電位一起增加，如果超過某電位，則電流會急劇地減少而持續(xù)在一定的電位域，然后會再度上升。將最初的電流上升的電位域稱為活性態(tài)域、將電流被保持在低值的電位域稱為鈍態(tài)域、而將再度增加的電位域稱為過鈍態(tài)域，在該鈍態(tài)域中生成富有保護性 、數(shù)納米的鈍態(tài)氧化皮膜。
[0056]在鈍態(tài)域中，如由陽極曲線也能明了一般，電流減少，即阻礙導電性，但一般而言，電極被保護防止與大氣接觸，產(chǎn)生電極的氧化為局部性的情況。因而，可局部性地抑制氧化而防止電極的劣化，能制成即使反復充放電也可長期間使用的量子電池。
[0057]作為具體的具有鈍態(tài)特性的金屬材料，有鉻、鎳、鈦、鑰等，或者也可為含有這些鉻、鎳、鈦、鑰等的至少I種的合金。
[0058]圖2是說明適用本發(fā)明的量子電池的充電層的圖。在圖2中，充電層14形成為下述結構:使用有機硅作為絕緣性被膜22，使用二氧化鈦作為η型金屬氧化物半導體20，以有機硅覆蓋微?；蟮亩趸?，并填充于充電層14而成的結構。通過紫外線照射二氧化鈦而使光激發(fā)結構變化發(fā)生，從而具有能夠積蓄能量的功能。
[0059]作為充電層14所使用的η型金屬氧化物半導體20的材料，有二氧化鈦、氧化錫、氧化鋅，通過將金屬的脂肪族酸鹽分解來制造。因此，作為金屬的脂肪族酸鹽，使用通過在氧化性環(huán)境下的燃燒而能變化成金屬氧化物的金屬的脂肪族酸鹽。通過使用具有鈍態(tài)特性的材料作為金屬電極，可防止因燃燒所導致的氧化。
[0060]在絕緣被膜22中，除了有機硅以外，作為無機絕緣物也可使用礦物油、氧化鎂(MgO)、二氧化硅(SiO2)，作為絕緣性樹脂，也可為聚乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂、酚樹脂、氨基樹脂等熱固性樹脂。
[0061]在充電層14中，被紫外線照射了的物質(zhì)通過光激發(fā)結構變化而形成新的能級。所謂光激發(fā)結構變化，是指通過光的照射而被激發(fā)了的物質(zhì)的晶格間距離產(chǎn)生變化的現(xiàn)象，作為非晶質(zhì)的金屬氧化物的η型金屬氧化物半導體20，具有產(chǎn)生光激發(fā)結構變化的性質(zhì)。針對在充電層14中使用了二氧化鈦作為η型金屬氧化物半導體20、使用了有機硅作為絕緣皮膜的材料的情況，以下使用能帶圖來對因光激發(fā)結構變化所致的新的能級的形成狀態(tài)進行說明。
[0062]圖3(A)、⑶為說明在作為第I電極12的金屬銅30與作為η型金屬氧化物半導體20的二氧化鈦32之間存在作為絕緣被膜22的有機硅34的情況下，通過光激發(fā)結構變化而形成新的能級44的狀態(tài)的能帶圖。通過光激發(fā)結構變化現(xiàn)象，在η型金屬氧化物半導體20的帶隙內(nèi)形成新的能級44。在導帶36中，通過由有機硅34所形成的絕緣層而存在障壁。
[0063]圖3 (A)為在二氧化 鈦32與銅30之間具有由有機硅34所形成的絕緣層的情況下，照射紫外線38的狀態(tài)。如果對被絕緣被膜了的二氧化鈦32照射紫外線38，則存在于二氧化鈦32的價帶40的電子42被激發(fā)至導帶36。在與銅30的界面附近，該電子42以某概率通過有機硅34的絕緣層，而暫時移動到銅30。二氧化鈦32的光激發(fā)結構變化，在電子42不在時發(fā)生，價帶40的電子42脫離了的部位的原子間距離改變。此時的能級44移動到費米能級46內(nèi)的帶隙。
[0064]圖3(B)為在照射紫外線38期間反復發(fā)生上述現(xiàn)象，而在帶隙內(nèi)形成有多個能級44的狀態(tài)。但是，這些能級44所應捕獲的電子42通過紫外線38被激發(fā)而移動到銅30。這樣所產(chǎn)生的電子不在的帶隙內(nèi)的能級44在結束紫外線照射后也殘留。
[0065]作為絕緣層的有機硅34的功用是，形成銅30與二氧化鈦32之間的障壁，使被激發(fā)了的電子42通過隧道效應而通過，形成電子不在的帶隙內(nèi)的能級44。移動到銅30的電子42通過有機硅34周邊的帶電電位而留在銅30。
[0066]圖4是模式性表示被有機硅34覆蓋了的二氧化鈦32通過紫外線照射而發(fā)生光激發(fā)結構變化，電子42移動到銅30的狀態(tài)的圖。電子42通過穿隧效應而通過由有機硅34所成的障壁而移動到銅30，以由于有機硅34的電位而產(chǎn)生的弱捕獲力而殘留。
[0067]作為二次電池，進一步在充電層14上重疊而將P型金屬氧化物半導體層16進行層疊以形成阻擋層，在其上設有第2電極18。針對依據(jù)這樣的結構的二次電池的原理，利用圖5的能帶圖進行說明。
[0068]圖5 (A)是對于夾持于構成第I電極12的銅30與構成第2電極18的銅48、由充電層14中的有機硅34與二氧化鈦32和作為P型金屬氧化物半導體層16發(fā)揮功能的氧化鎳50所構成的量子電池10，對構成第2電極18的銅48施加負電壓，將構成第I電極12的銅30接地而設為OV的情況的能帶圖。
[0069]在帶隙內(nèi)具有能級44的二氧化鈦32，如果施加偏壓電場(_)，則銅30的電子42通過由有機硅34所形成的障壁(穿隧)而移動到二氧化鈦32。移動了的電子42通過氧化鎳50而使朝向銅48的進一步的移動被阻擋，因而被存在于二氧化鈦32的帶隙間的能級44所捕獲，由此積蓄能量。即，為充電狀態(tài)，成為在充電層14充滿了電子42的狀態(tài)。該狀態(tài)即使解除偏壓電場的施加也會被維持，因而具有作為二次電池的功能。
[0070]圖5(B)是將負載(未圖示)連接于銅30與銅48而進行放電的情況的能帶圖。在帶隙所捕獲的電子42成為導帶36的自由電子。該自由電子移動至銅30，并流至負載。該現(xiàn)象為能量的輸出狀態(tài)，為放電狀態(tài)。接著，最后，成為在帶隙內(nèi)的能級44中無電子42的狀態(tài)，能量完全被使用。
[0071]如以上所作說明，在二氧化鈦的帶隙所形成的能級中，通過從外部施加電壓而形成電場以充滿電子，將負載連接至電極，由此將電子釋出而取出能量，達到作為電池的功能。通過反復進行該現(xiàn)象，可作為二次電池使用。這是適用本發(fā)明的基本的量子電池的原理。
[0072]以上，雖對基本的作為二次電池的原理作了說明，但理論上是電子42隔著絕緣被膜22而通過穿隧效應移動至第I電極12并滯留，因此，充電層14與第I電極12的密合性極為重要。因此，需要防止因通過電池的制造時的加熱工序及經(jīng)年變化而產(chǎn)生的電極的氧化所導致的密合性降低。
[0073]根據(jù)這樣的理由，因電極的氧化所導致的劣化在適用本發(fā)明的量子電池中造成大影響，通過使電極為具有鈍態(tài)特性的金屬，而將電極的劣化限制為部分性表面氧化，由此防止由制造時的加熱工序、經(jīng)年變化所導致的氧化，而能作為長壽命的量子電池。
[0074]關于第2電極18，為隔著P型金屬氧化物半導體層16進行的層疊，雖從第I電極12的密合性的觀點考慮的問題小，但因電極的劣化所造成的影響在第2電極18中也為重要的問題。
[0075]因此，對于第2電極18，也利用具有鈍態(tài)特性的金屬材料來構成電極對適用本發(fā)明的量子電池10的制造時的密合性及長壽命化而言為有效的手段。
[0076]圖6為將本發(fā)明適用于在第I電極12與充電層14之間插入有η型金屬氧化物半導體層56的量子電池54的情況。
[0077]充電層14的 二氧化鈦32通過有機硅34來形成絕緣被膜，但并不一定會成為均勻的皮膜，也會發(fā)生并未形成皮膜而導致二氧化鈦32直接接觸電極的情況。這樣的情況下，通過再結合而使電子42注入至二氧化鈦32，在帶隙中并不形成能級44，充電容量降低。因而，為了抑制充電容量的降低，成為更高性能的二次電池，如圖6所示那樣在第I電極12與充電層14之間形成有二氧化鈦的薄層作為η型金屬氧化物半導體層56。該二氧化鈦的薄層為發(fā)揮作為絕緣層的功能，對于性能的提高有所貢獻，進而元件的特性的不均少，對于提高在生產(chǎn)線的穩(wěn)定性及成品率而言有效的結構。
[0078]即使針對在該第I電極12與充電層14之間形成有η型金屬氧化物半導體層56的量子電池54，本發(fā)明也可適用，即使反復進行充放電，電極的劣化也少，發(fā)揮效果。
[0079]另外，雖針對將使用了具有鈍態(tài)特性的電極的本發(fā)明適用于第I電極與第2電極的情況作了說明，但即使僅適用于一方的電極也具有效果。
[0080]圖7為僅在第2電極18使用了具有鈍態(tài)特性的金屬材料的量子電池60的例示。該情況下，如第8圖所示的量子電池62那樣，可在使用了不具有鈍態(tài)特性的金屬材料的第I電極12側設置基板64，而制成用以抑制電極的氧化的結構。
[0081]圖9為在第I電極12使用了具有鈍態(tài)特性的金屬材料的量子電池68，圖10為在第2電極18設有基板64的量子電池70的例示。
[0082]在該例示中，雖針對在第I電極12及第2電極18使用了具有鈍態(tài)特性的金屬材料的情況作了說明，但可為使第I電極12及第2電極18為具有導電性的導電性金屬層與具有鈍態(tài)特性的鈍態(tài)金屬層的層疊結構。
[0083]圖11表示使第I電極12及第2電極18為層疊結構的量子電池72。在圖11中，第I電極12為第I導電金屬層74與第I鈍態(tài)金屬層76的層疊結構。第I鈍態(tài)金屬層76設于充電層14側。第2電極18也同樣地為第2導電性金屬層80與第2鈍態(tài)金屬層78的層疊結構，在P型金屬氧化物半導體層16側設有第2鈍態(tài)金屬層78。
[0084]第I鈍態(tài)金屬層76及第2鈍態(tài)金屬層78可使用與電極所使用的材料同樣的金屬材料作為具有鈍態(tài)特性的金屬材料。即，為鉻、鎳、鈦、鑰等，或者也可為含有這些鉻、鎳、鈦、鑰等的至少I種的合金。
[0085]圖12表示量子電池82，使第I電極12及第2電極18為層疊結構，使圖11中所示的第I導電性金屬層74與第2導電性金屬層80為作為具有鈍態(tài)特性的金屬材料的第3鈍態(tài)金屬層84與第4鈍態(tài)金屬層86。由于使具有鈍態(tài)特性的金屬材料為層疊結構，因此能夠使電極的抗氧化效果更加提高。
[0086]在該情況中，具有鈍態(tài)特性的金屬材料為鉻、鎳、鈦、鑰等，或者使用含有這些鉻、鎳、鈦、鑰等的至少I種的合金當中任一者。在此，第I鈍態(tài)金屬層76、第2鈍態(tài)金屬層78、第3鈍態(tài)金屬層84及第4鈍態(tài)金屬層86并不需要使用相同的金屬材料，可將這些具有鈍態(tài)特性的金屬材料以各種組合使用，此外，也可使這些鈍態(tài)金屬層為多層。
[0087]此外，可使用各種組合，將作為具有鈍態(tài)特性的金屬材料層疊結構的電極作為一方的電極，使另一方為單層，再者，僅一方電極為具有鈍態(tài)特性的金屬材料層疊結構等，以下顯示一例。
[0088]圖13為在圖12的量子電池82中在第I導電性金屬層74層疊有第3鈍態(tài)金屬層84，在第2導電性金屬層80層疊有第4鈍態(tài)金屬層86的結構的量子電池88的例示。
[0089]圖14是利用具 有鈍態(tài)的金屬材料來構成第I電極12，使第2電極18為層疊有第2金屬鈍態(tài)層78、第2導電性金屬層80以及第4鈍態(tài)金屬層86的量子電池90的例不。
[0090]圖15是僅使第2電極18為第2金屬鈍態(tài)層78、第2導電性金屬層80和第4鈍態(tài)金屬層86的層疊結構,在第I電極12側設有基板64的量子電池92的例不。
[0091]接著，針對實際試作出的量子電池的實施例進行說明。
[0092](實施例1)
[0093]圖16是在玻璃上使用聚酰亞胺膜94作為基板64而試作出本發(fā)明的量子電池100的實施例。
[0094]聚酰亞胺膜94為4 μ m的厚度，在其上層疊50nm的具有鈍態(tài)特性的鉻96與300nm的銅30。進而層疊50nm的鉻96。在制造該充電層14時的制造工序中產(chǎn)生約300度的熱。
[0095]在該階段中對充電層14照射紫外線38，使二氧化鈦32產(chǎn)生光激發(fā)結構變化，形成新的能級44。
[0096]然后，進一步形成150nm的氧化鎳50,通過層疊50nm的鉻96、300nm的銅48,完成量子電池100。
[0097]在量子電池100的制作中，作為各層的形成方法，可列舉濺射、離子鍍、電子束蒸鍍、真空蒸鍍、化學蒸鍍等氣相成膜法。此外，金屬電極可通過電解鍍法、無電解鍍法等來形成。
[0098](實施例2)
[0099]圖17是使用合金作為金屬材料而試作出的量子電池102的例示。
[0100]聚酰亞胺膜94為4μπι的厚度，在其上層疊50nm的具有鈍態(tài)特性的鉻96、300nm的同樣具有鈍態(tài)特性的鋁銅合金104。進而層疊50nm的鉻96，在其上層疊50nm的二氧化鈦32作為η型金屬半導體層。接著將進行微?；桓擦擞袡C硅34的二氧化鈦32層疊1000nm以上，設為充電層14。在該情況中，也與實施例1所示同樣地，在制造充電層14時的制造工序中產(chǎn)生約300度的熱。
[0101]進而與實施例1同樣地，對充電層14照射紫外線，使二氧化鈦產(chǎn)生光激發(fā)結構變化，形成新的能級。
[0102]然后，層疊150nm的氧化鎳50、50nm的鉻96，層疊300nm的鋁銅合金104，由此完成量子電池102。
[0103]實施例1及2在制造時的加熱工序中都無電極的氧化，可得到歷經(jīng)長期充放電的反復特性良好的量子電池，并可確認出電極的抗氧化效果。
[0104]以上，雖對本發(fā)明的實施方式作了說明，但本發(fā)明包含在不損及其目的與優(yōu)點的前提下的適當?shù)淖冃?，進而，不受上述實施方式的限定。
[0105]符號說明
[0106]10、54、60、62、68、70、72、82、88、90、92、100、102:量子電池
[0107]12:第 I 電極
[0108]14:充電層
[0109]16:p型金屬氧化物半導體層
[0110]18:第 2 電極
[0111]20:n型金屬氧化物半導體
[0112]22:絕緣被膜
[0113]30、48:銅
[0114]32: 二氧化鈦
[0115]34:有機硅
[0116]36:導帶
[0117]38:紫外線
[0118]40:價帶
[0119]42:電子
[0120]44:能級
[0121]46:費米能級(Fermi Level)
[0122]50:氧化鎳
[0123]64:基板
[0124]74:第I導電性金屬層
[0125]76:第I鈍態(tài)金屬層
[0126]78:第2鈍態(tài)金屬層
[0127] 80:第2導電性金屬層
[0128]84:第3鈍態(tài)金屬層
[0129]86:第4鈍態(tài)金屬層
[0130]94:聚酰亞胺膜
[0131]96:鉻
[0132]104:鋁銅合金。
【權利要求】
1.一種量子電池，其特征在于，是將第I金屬電極、充電層、P型金屬氧化物半導體層、以及第2金屬電極進行層疊而構成，所述充電層通過使被絕緣性物質(zhì)覆蓋的η型金屬氧化物半導體進行光激發(fā)結構變化從而在帶隙中形成能級而捕獲電子， 所述第I金屬電極與所述第2金屬電極中的任一者為具有抗氧化功能的金屬電極。
2.根據(jù)權利要求1所述的量子電池，其特征在于，所述第I金屬電極與所述第2金屬電極兩者都為具有抗氧化功能的金屬電極。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的量子電池，其特征在于，具有抗氧化功能的金屬電極為具有鈍態(tài)特性的鈍態(tài)金屬層。
4.根據(jù)權利要求3所述的量子電池，其特征在于，具有抗氧化功能的所述金屬電極具備多層的具有鈍態(tài)特性的鈍態(tài)金屬層。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的量子電池，其特征在于，所述第I金屬電極與所述第2金屬電極中的任一者為將由導電性金屬層所構成的金屬電極與具有抗氧化功能的金屬電極進行層疊而構成的金屬電極。
6.根據(jù)權利要求2所述的量子電池，其特征在于，所述第I金屬電極與所述第2金屬電極兩者都為將由導電性金屬層所構成的金屬電極與具有抗氧化功能的金屬電極進行層疊而構成的金屬電極。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的量子電池，其特征在于，具有抗氧化功能的金屬電極為具有鈍態(tài)特性的鈍態(tài)金屬層。
8.根據(jù)權利要求7所述的量子電池，其特征在于，所述鈍態(tài)金屬層為多個鈍態(tài)金屬層。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的量子電池，其特征在于，所述充電層，在與P型金屬氧化物半導體層接觸的相反側設有η型金屬氧化物半導體層。
10.根據(jù)權利要求9所述的量子電池，其特征在于，所述η型金屬氧化物半導體層為二氧化鈦。
11.根據(jù)權利要求1或2所述的量子電池，其特征在于，所述P型金屬氧化物半導體層為氧化鎳或銅鋁氧化物。
12.根據(jù)權利要求1或2所述的量子電池，其特征在于，所述覆蓋η型金屬氧化物半導體的絕緣性物質(zhì)為絕緣性樹脂或無機絕緣物。
13.根據(jù)權利要求3~4和7~8中任一項所述的量子電池，其特征在于，所述鈍態(tài)金屬層的金屬材料至少為鉻、鎳、鈦、鑰中的任I種。
14.根據(jù)權利要求3~4和7~8中任一項所述的量子電池，其特征在于，所述鈍態(tài)金屬層的金屬材料為至少含有鉻、鎳、鈦、鑰中的任I種的合金。
15.根據(jù)權利要求3~4和7~8中任一項所述的量子電池，其特征在于，所述鈍態(tài)金屬層的金屬材料為至少在銅中含有鉻、鎳、鈦、鑰中的任I種的合金。
16.根據(jù)權利要求5或6所述的量子電池，其特征在于，導電性金屬層的金屬材料為銅。
17.根據(jù)權利要求1或2所述的量子電池，其特征在于，將柔性絕緣性的片作為基板。
【文檔編號】H01L49/00GK104025329SQ201180074544
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2011年10月30日 優(yōu)先權日:2011年10月30日
【發(fā)明者】工藤拓夫, 中澤明, 寺門信明 申請人:株式會社日本精密, 刮拉技術有限公司