CN107851590A - 用于二次电池的中间结构单元和用于制造二次电池的方法 - Google Patents

用于二次电池的中间结构单元和用于制造二次电池的方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种二次电池中间结构(100)，其种二次电池(21)和测试结构(22)布置在相同的基板材料(10)上。在二次电池中间结构100中，二次电池(21)和测试结构(22)中的每个设置有第一电极层(1)和第二电极层(5)。在二次电池(21)中，多个层层叠在第一电极层(1)与第二电极层(5)之间。这些层包括至少金属氧化物半导体层和充电层(3)。在测试结构(22)中，这些层中的一层或一些层布置在第一电极层(1)与第二电极层(5)之间。

Description

用于二次电池的中间结构单元和用于制造二次电池的方法
技术领域
本发明涉及能够重复进行充电-放电的电池的中间结构单元(在本说明书中也被称为二次电池)和用于制造二次电池的方法。
背景技术
专利文献1、2公开了作为全固态物理二次电池的量子电池。专利文献1、2中公开的量子电池具有例如在基板上层叠第一电极、充电层、p型金属氧化物半导体层和第二电极的结构。充电层是能够捕获通过被绝缘材料覆盖的颗粒状n型金属氧化物半导体上引起的光激发结构变化而获得的电子的层。
在专利文献1、2中，测量电池的电特性。在专利文献1中，通过与正极和负极中的至少一个的外表面上的测量位置相接触的电极探针来测量电特性值。例如，电压源和电流源被布置为可选择性地连接到电极探针，并且电压表被连接到该电极探针。基于充电-放电期间和充满电时的电压表测量的电压、充电-放电时间等来评估充电-放电特性等。以这种方式，确定电池的质量并指定故障位置。
专利文献2的评估装置评估在制造期间当半导体探针与量子电池的充电层接触时电池的充电层的特性。具体而言，与量子电池类似，制备其中金属氧化物半导体层和电极层层叠的半导体探针。然后，在充电层被层叠之后，半导体探测器在制造期间与量子电池的充电层紧密接触。如上所述，制造过程中的量子电池可如电池一样操作。因此，能够评估制造期间量子电池的充电层的电特性。
引文清单
专利文献
专利文献1：国际专利公开WO2012/035149
专利文献2：国际专利公开WO2013/065094
专利文献3：日本未审查专利申请公开2009-105402
发明内容
技术问题
对于这样的量子电池，期望对诸如电极层、金属氧化物半导体层以及充电层等各种功能层进行各种评估和测量。例如，如果可以评估每层的特性，则可以改善制造工艺、每层的特性等。也就是说，在所制造的电池发生故障时，可以容易地指定引起故障的层和引起故障的制造工艺。结果是，可以改善每层的特性并且可以稳定质量。以上有助于提高电池的特性、生产率等。
然而，利用专利文献1中公开的评估方法，测量所完成的电池的电特性。因此，可能存在难以准确指定故障的功能层或故障的制造过程的情况。此外，可能存在需要破坏和分析电池来指定原因的情况。利用专利文献2中公开的评估方法，可以评估制造电池过程中的充电层、电极层等。然而，由于随后的制造过程，在层发生故障时，难以操作。
专利文献3公开了一种用于太阳能电池而不用于二次电池的过程确定车辆(process determination vehicle，PDV)。在专利文献3中，在玻璃基板上层叠TCO膜、硅吸收层和背面接触层(导电层)。之后，通过去除这些层来布置凹槽(分离凹槽)，评估单元形成在与PV电池相同的基板上。
评估单元被布置为使得后接触层的电阻可以被测量为将电压源和电压测量单元连接到后接触层上的两个位置之间。此外，还公开了一种评估单元，其可以测量当在后接触层与TCO膜之间布置接触区域时TCO膜的电阻；以及评估单元，其可以测量当布置TCO-Si相界区域时TCO-Si相界的电阻。
根据专利文献3的方法，通过测量后接触层表面上两个位置之间的电压降来测量电阻。因此，需要进行处理(凹槽形成和之后的层叠)，用于在评估单元处形成连接两个位置的测量路径。但是，太阳能电池区域不需要这样的处理。因此，存在评估单元的测量结果不总是反映太阳能电池区域的层特性的问题。
例如，可能存在设置在评估单元处的TCO膜与后接触层之间的接触区域影响测量路径的测量结果的情况。此外，由于在评估单元的路径上新形成的TCO-Si相边界在结构上不同于电池区域的相边界并且由于处理本身对其有影响，因此评估单元的测量结果不总是反映太阳能电池的TCO-Si相界的特征值。
在量子电池中，如专利文献2所公开的，充电层和一个或多个金属氧化物半导体层形成为层叠在第一电极与第二电极之间。充电层的形成方法与金属氧化物半导体层的形成方法极为不同。因此，如果可以确定哪一层出现故障，则可以适当地改善制造工艺。如果可以适当评估半导体层和充电层，则可以提高生产率。
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于二次电池的中间结构单元和能够进行适当评估的用于制造二次电池的方法。
问题的解决方案
根据本发明一个方面的一种用于二次电池的中间结构单元包括布置在共同基板上的一个或多个二次电池和一个或多个测试结构单元。本文中，所述二次电池和所述测试结构单元中的每个包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层形成为用于所述二次电池和所述测试结构单元的一体化图案，所述第二电极层在所述二次电池与所述测试结构单元之间分离，在所述第一电极层与所述第二电极层之间的二次电池处层叠有多个层，所述多个层至少包括金属氧化物半导体层和充电层，以及所述多个层的一部分形成在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元处。据此，可以更准确地进行各层的评估。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，可以包括多个测试结构单元，并且第二电极层可以在测试结构单元之间分离。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，多个测试结构单元可以包括其中在第一电极层与第二电极层之间不形成充电层的测试结构单元。因此，可以适当地评估充电层的特性。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，多个测试结构单元可以包括其中第一电极层与第二电极层之间的充电层与第一电极层和第二电极层中的至少一个接触的测试结构单元。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，多个测试结构单元的第二电极层在俯视图中被等同地成形。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，多个测试结构单元中的一些单元可以被布置为与单个二次电池相邻。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，所述多个测试结构单元包括层结构彼此不同的测试结构单元，其中每个层结构布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间。因此，可以适当地评估多个层的特性。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，所述二次电池可以具有在所述第一电极层与所述第二电极层之间层叠的层结构，所述层结构是具有所述金属氧化物半导体层和所述充电层的双层结构；并且所述多个测试结构单元可以包括：其中充电层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元；以及其中所述金属氧化物半导体层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，所述金属氧化物半导体层可以包括彼此不同的第一金属氧化物半导体层和第二金属氧化物半导体层；所述第一金属氧化物半导体层、所述充电层和所述第二金属氧化物半导体层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的二次电池处；并且所述多个测试结构单元可以包括：其中所述第一金属氧化物半导体层和所述充电层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元；其中所述充电层和所述第二金属氧化物半导体层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元；其中所述充电层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元；其中所述第一金属氧化物半导体层和所述第二金属氧化物半导体层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元；其中所述第一金属氧化物半导体层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元；以及其中所述第二金属氧化物半导体层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，所述二次电池和所述测试结构单元布置在所述基板的两个面上。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，所述测试结构单元还包括其中在所述第一电极层与所述第二电极层之间形成有与在所述第一电极层与所述第二电极层之间的所述二次电池处层叠的层结构相同层结构的测试结构单元。因此，可以更适当地评估电池的性能。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，所述基板是导电的并且兼具所述第一电极层的功能。
根据本发明一个方面的用于制造二次电池的方法可以包括：制备用于二次电池的上述中间结构单元并且测量所述测试结构单元的电特性。因此，可以适当地评估各层的特性。
在上述的二次电池的制造方法中，还可以包括评估布置在所述二次电池的所述中间结构单元中的所述二次电池的性能，并且在所述二次电池的性能不满足预定标准的情况下，可以执行测量所述测试结构单元的电特性。
在上述用于制造二次电池的方法中，在所述二次电池的所述性能满足所述预定标准的情况下，将所述测试结构单元与所述二次电池分离。因此，可以以高生产率制造高性能电池。
本发明包括二次电池，其中第一电极层、第一导电半导体层、充电层、第二导电半导体层和第二电极层被层叠；以及测试结构单元，其中所述第一导电半导体层、所述充电层和所述第二导电半导体层这三层中的一层或两层形成在所述第一电极层与所述第二电极层之间。根据以上内容，可以适当地评估各层的特性。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，充电层可以不布置在测试结构单元中。根据上述结构，可以适当地评估第一导电半导体层和第二导电半导体层的测量。可替代地，在测试结构单元中，充电层可以与第一电极层和第二电极层中的至少一个接触。根据以上所述，可以适当地评估充电层的特性。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，可以包括多个测试结构单元，并且多个测试结构单元可以具有下述层结构，每个层结构布置在第一电极层与第二电极层之间，并且各个层结构彼此不同。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，测试结构单元可以包括：第一测试结构单元，其中第一导电半导体层和充电层被布置在第一电极层与第二电极层之间；第二测试结构单元，其中充电层和第二导电半导体层被布置在第一电极层与第二电极层之间；第三测试结构单元，其中充电层被布置在第一电极层与第二电极层之间；第四测试结构单元，其中第一导电半导体层和第二导电半导体层被布置在第一电极层与第二电极层之间；第五测试结构单元，其中第一导电半导体层被布置在第一电极层与第二电极层之间；以及第六测试结构单元，其中第二导电半导体层被布置在第一电极层与第二电极层之间。
在上述用于二次电池的中间结构单元中，二次电池和测试结构单元可以布置在基板的两个面上。因此，可以针对布置在两个面上的二次电池评估这两个面。
根据本发明一个方面的用于制造二次电池的方法可以包括：制备用于二次电池的上述中间结构单元并且测量所述测试结构单元的电特性。
在上述用于制造二次电池的方法中，还可以包括评估布置在二次电池的中间结构单元中的二次电池的性能，并且在二次电池的性能不满足预定标准的情况下，可以执行测量所述测试结构单元的电特性。因此，可以确定异常发生期间是否存在故障。
在上述用于制造二次电池的方法中，还可以在所述二次电池的所述性能满足所述预定标准的情况下，将所述测试结构单元与所述二次电池分离。发明的有益效果
本发明的目的是提供一种用于二次电池的中间结构单元和能够进行适当评估的用于制造二次电池的方法。
附图说明
图1是示出量子电池的结构的截面图；
图2是示出中间结构单元的结构的俯视图；
图3是示出根据第一实施例的中间结构单元的结构的截面图；
图4是示出电池的制造工艺的流程图；
图5是示出p型半导体层的I-V曲线的视图；
图6是示出根据第二实施例的中间结构单元的结构的截面图；
图7是示出根据第三实施例的中间结构单元的结构的截面图；
图8是示出根据第四实施例的中间结构单元的结构的俯视图；以及
图9是示出根据第四实施例的中间结构单元的结构的截面图。
具体实施方式
下文中，将参照附图说明本发明的实施例。下文中的描述仅仅是本发明的优选实施例，并且不旨在将本发明的范围限制在以下实施例中。在下文中，具有相同附图标记的元件基本相同。
[量子电池的结构]
量子电池的技术被应用于下面描述的各个实施例的电池中。在描述各个实施例之前，将对量子电池进行简要描述。量子电池是基于能够利用被绝缘材料覆盖的金属氧化物半导体的光激发结构变化来捕获电子的工作原理，而能够重复执行充电-放电的电池(二次电池)。
量子电池是一种全固态的物理二次电池，只能起到电池的作用。在图1中示出量子电池的结构示例。图1是示出应用于本发明的量子电池的截面结构的视图。本文中，在图1中未示出诸如正极端子和负极端子的端子构件以及诸如外部构件和盖构件的组成构件。
电池21具有在基板10上层叠第一电极层1、n型半导体层2、充电层3、p型半导体层4和第二电极层5的结构。当在第一电极层1与第二电极层5之间施加充电电压(或者充电电源)时执行充电操作，并且当将负载连接在第一电极层1与第二电极层5之间时执行放电操作。充电层3是通过充电操作来存储(捕获)电子、通过放电操作释放带电电子、并且将电子(执行电的存储)保持在不充电-放电的状态的层。通过应用光激发结构变化技术形成充电层3。
例如，在国际专利公开第WO2008/053561号中描述了光激发的结构变化。当有效的激发能被施加到具有预定值或更高值的带隙的绝缘涂覆的金属氧化物半导体时，在带隙中产生无电子的多个能级。通过捕获这些能级中的电子来对量子电池进行充电并且通过释放所捕获的电子来对量子电池进行放电。
通过填充绝缘涂覆的n型金属氧化物半导体颗粒并且利用超声波照射引起n型金属氧化物半导体处发生光激发的结构变化，使得充电层3变为能够存储电子。充电层3包括多个绝缘涂覆的n型金属氧化物半导体颗粒。优选使用二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)或氧化锌(ZnO)作为能够用于充电层3的n型金属氧化物半导体的材料。也能够使用其中组合了二氧化钛、二氧化锡和氧化锌的材料。例如，利用被硅绝缘涂层来覆盖充电层3中的n型金属氧化物半导体。
基板10可以由绝缘材料或导电材料制成。例如，能够使用玻璃基板、聚合物膜的树脂片或金属箔片。在第一实施例中，使用绝缘基板作为基板10。在使用绝缘材料作为基板10的情况下，也能够使用基板10作为第一电极层1。即，导电基板10用作第一电极层1。基板10是板状的或片状的。俯视图中的形状没有特别限制，只要可以在其上形成稍后描述的电池形成区域和测试结构单元区域即可。例如，能够成形为矩形、细长的带状等。
在本实施例中，第一电极层1是负极，第二电极层5是正极。仅仅要求第一电极层1和第二电极层5形成为导电膜。例如，可以使用含有铝(Al)等的银(Ag)合金膜作为其金属材料。可替代地，第一电极层1和第二电极层5可以是氧化铟锡(ITO)等的透明(translucent)导电膜。用于形成导电膜的方法的示例包括气相成膜，诸如溅射、离子电镀、电子束沉积、真空沉积和化学沉积。此外，可以通过电解电镀工艺、非电解电镀工艺等形成第一电极层1和第二电极层5。通常，能够使用铜、铜合金、镍、铝、银、金、锌、锡等作为待用于电镀的金属。本文中，如上所述，在将导电材料用于基板10的情况下，基板10用作第一电极层1，并且可以跳过第一电极层1的形成工艺。
例如，n型半导体层2是n型金属氧化物半导体层，并且其材料可以是二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)或氧化锌(ZnO)。
形成n型半导体层2，以防止n型金属氧化物半导体与第一电极层1直接接触，并且防止在充电层3中的n型金属氧化物半导体的绝缘涂层不足的情况下，由于复合而导致电子被注入到n型金属氧化物半导体中。如图1所示，在第一电极层1与充电层3之间形成n型半导体层2。也能够去除n型半导体层2。
形成充电层3上的p型半导体层4，以防止电子从布置于p型半导体层4上面的第二电极层5注入。诸如氧化镍(NiO)、铜-铝氧化物(CuAlO2)等的p型金属氧化物半导体可以用作p型半导体层4的材料。如图1所示，在第二电极层5与充电层3之间形成p型半导体层4。
在以上描述中，n型半导体层2布置在充电层3的下方，并且p型半导体层4布置在充电层3的上方。然而，n型半导体层2和p型半导体层4可以以相反的方式布置。也就是说，也可以n型半导体层2布置在充电层3的上方，p型半导体层4布置在充电层3的下方。此外，在去除n型半导体层2的情况下，p型半导体层4可以布置在充电层3的下方。在这种情况下，第一电极层1是正极，第二电极层5是负极。因此，只要具有在第一电极层1与第二电极层5之间由n型半导体层2和p型半导体层4夹持的充电层3的结构、或者具有包括充电层3和p型半导体层4的结构即可，其中上述这些层可以以任何顺序排列。换句话说，仅仅要求电池21具有在第一电极层1与第二电极层5之间具有第一金属氧化物半导体层、充电层3和第二金属氧化物半导体层以其顺序层叠的结构、或者充电层3和金属氧化物半导体层以其顺序层叠的结构。
[第一实施例]
下文中，将对根据第一实施例的用于量子电池的中间结构单元进行描述。本文中，中间结构单元是用于制造量子电池的结构单元。也就是说，中间结构单元是在量子电池的制造过程中途制备的。例如，可以通过处理(例如，切割)中间结构单元来获得量子电池。
图2是示出中间结构单元100的结构的俯视图。以XY正交坐标系示出图2，其中X方向和Y方向表示沿着矩形基板10的边的方向。中间结构单元100包括电池形成区域11和测试结构单元形成区域12。在基板10上，测试结构单元形成区域12布置在电池形成区域11的外部。在图2中，四个电池形成区域11以2×2矩阵方式排列。测试结构单元形成区域12被布置为使得四个电池形成区域11在其附近被分别包围。也就是说，测试结构单元形成区域12布置在电池形成区域11与基板10的边缘之间以及相邻的电池形成区域11之间。本文中，测试结构单元形成区域12的位置不限于以上。例如，测试结构单元形成区域12可以不布置在相邻的电池形成区域11之间，或者其可以仅布置在基板10的多个边的一部分与电池形成区域11之间。
在每个电池形成区域11处形成图1所示的电池21。多个测试结构单元22布置在测试结构单元形成区域12处。多个测试结构单元22沿着X方向和Y方向布置。本文中，每个测试结构单元22形成为矩形图案。测试结构单元22是用于评估形成电池21的各层特性的层叠结构单元。在俯视图中，测试结构单元22形成为小于电池21的尺寸。多个测试结构单元22布置为与一个电池相邻。多个测试结构单元22并排布置在电池21周围。当然，仅需要在基板10上形成一个或多个测试结构单元22和一个或多个电池21。
图3示出中间结构单元100的截面结构。如图3所示，电池21形成在电池形成区域11处。电池21具有第一电极层1、n型半导体层2、充电层3、p型半导体层4和第二电极层5层叠在基板10上的结构。
多个测试结构单元22a至22h形成在测试结构单元形成区域12处。类似于电池21，测试结构单元22a至22h中的每个包括第一电极层1和第二电极层5。在第一电极层1与第二电极层之间形成一个或多个层(下文中称为电极间层)。那么，测试结构单元22a至22h包括等同层叠的测试结构单元22g、22h和层丢失的测试结构单元22a至22f。在等同层叠的测试结构单元22g、22h中，电极间层结构与电池21的电极间层结构相同。在层丢失的测试结构单元22a至22f中，电极间层结构与电池21的电极间层结构不同。在图3中，等同层叠的测试结构单元被示为测试结构单元22g和测试结构单元22h这两种测试结构单元，其与电池21的层结构的分离状态彼此不同。此外，层丢失的测试结构单元被示为测试结构单元22a至22f这六种测试结构单元，其层结构彼此不同。在下面的描述中，在没有指定层结构的情况下，测试结构单元22a至22h被描述为测试结构单元22。
测试结构单元22g和测试结构单元22h具有与电池21相同的层结构。因此，测试结构单元22g、22h类似于电池21用作量子电池。从测试结构单元22g、22h的各层与电池的各层是共同的(即，连续图案)还是从电池的各层分离的观点来看，测试结构单元22g、22h彼此不同。
测试结构单元22g具有第一电极层1、n型半导体层2、充电层3和p型半导体层4不与电池21的第一电极层1、n型半导体层2、充电层3和p型半导体层4分离以及第二电极层5与电池21的第二电极层5分离的图案。也就是说，对于电池21和测试结构单元22g，第一电极层1形成为一体化图案。类似地，对于电池21和测试结构单元22g，n型半导体层2、充电层3和p型半导体层4分别以一体化图案形成。换句话说，电池21和测试结构单元22g的第一电极层1、n型半导体层2、充电层3和p型半导体层4分别以连续图案形成。另一方面，电池21的第二电极层5和测试结构单元22g的第二电极层5以分离图案形成。
在测试结构单元22h中，第一电极层1和充电层3不与电池21的第一电极层1和充电层3分离。电池21和测试结构单元22h的n型半导体层2、p型半导体层4和第二电极层5分别以分离方式形成。也就是说，电池21和测试结构单元22h的第一电极层1以一体化图案形成。类似地，电池21和测试结构单元22h的充电层3以一体化图案形成。换句话说，电池21和测试结构单元22h的第一电极层1和充电层3分别以连续图案形成。电池21的第二电极层5和测试结构单元22h的第二电极层5以分离图案形成。类似地，电池21的p型半导体层4和n型半导体层2分别以与测试结构单元22h的p型半导体层4和n型半导体层2分离的图案形成。因此，测试结构单元22h的n型半导体层2、p型半导体层4和第二电极层5分别以独立图案形成。
此外，对于电池21、测试结构单元22h和测试结构单元22g，第一电极层1以一体化图案连续形成。对于电池21、测试结构单元22h和测试结构单元22g，充电层3以一体化图案连续形成。
与电池21类似，每个测试结构单元22a至22f包括第一电极层1和第二电极层5。测试结构单元22a至22f是层丢失的测试结构单元。在测试结构单元22a至22f中，电极间层结构仅包括电池21的电极间层结构的一部分。例如，在本实施例中，电池21在电极层之间具有三个功能层(即，n型半导体层2、充电层3和p型半导体层4)。在测试结构单元22a至22f中，形成三层中的一层或两层。换句话说，在测试结构单元22a至22f的电极间层结构中，三层中遗漏了一层或两层。
测试结构单元22a具有在基板10上层叠第一电极层1、n型半导体层2、充电层3和第二电极层5的四层结构。即，测试结构单元22a具有从电池21的层结构中去除p型半导体层4的层结构。n型半导体层2的下表面与第一电极层1的上表面接触，并且n型半导体层2的上表面与充电层3接触。充电层3的上表面与第二电极层5的下表面接触。第一电极层1和充电层3与电池21的第一电极层1和充电层3是共同的。
也就是说，测试结构单元22a的第一电极层1和充电层3不与电池21的第一电极层1和充电层3分离。对于测试结构单元22a和电池21，第一电极层1和充电层3分别以一体化图案形成。测试结构单元22a的n型半导体层2以独立于其它测试结构单元的n型半导体层2的图案形成。测试结构单元22a的第二电极层5以独立于其它测试结构单元22的第二电极层5的图案形成。
测试结构单元22b具有在基板10上层叠第一电极层1、充电层3、p型半导体层4和第二电极层5的四层结构。即，测试结构单元22b具有从电池21的层结构中去除n型半导体层2的层结构。p型半导体层4的下表面与充电层3的上表面接触，并且p型半导体层4的上表面与第二电极层5接触。充电层3的下表面与第一电极层1的上表面接触。第一电极层1和充电层3与电池21的第一电极层1和充电层3是共同的。
也就是说，测试结构单元22b的第一电极层1和充电层3不与电池21的第一电极层1和充电层3分离。对于测试结构单元22b和电池21，第一电极层1和充电层3分别以一体化图案形成。测试结构单元22b的p型半导体层4以独立于其它测试结构单元的p型半导体层4的图案形成。测试结构单元22b的第二电极层5以独立于其它测试结构单元22的第二电极层5的图案形成。
测试结构单元22c具有第一电极层1、充电层3和第二电极层5层叠在基板10上的三层结构。即，测试结构单元22c具有从电池21的层结构中去除n型半导体层2和n型半导体层4的层结构。换句话说，在测试结构单元22c中，只有一层充电层3形成在第一电极层1与第二电极层5之间。充电层3的下表面与第一电极层1的上表面接触，并且充电层3的上表面与第二电极层5的下表面接触。第一电极层1和充电层3与电池21的第一电极层1和充电层3是共同的。
也就是说，测试结构单元22c的第一电极层1和充电层3不与电池21的第一电极层1和充电层3分离。对于测试结构单元22c和电池21，第一电极层1和充电层3分别以一体化图案形成。测试结构单元22c的第二电极层5以与其它测试结构单元22的第二电极层5独立的图案形成。
测试结构单元22d具有在基板10上层叠第一电极层1、n型半导体层2、p型半导体层4和第二电极层5的四层结构。即，测试结构单元22d具有从电池21的层结构去除充电层3的层结构。n型半导体层21的下表面与第一电极层1的上表面接触，n型半导体层2的上层与p型半导体层4的下表面接触。p型半导体层4的上表面与第二电极层5的下表面接触。第一电极层1与电池21的第一电极层是共同的。
也就是说，测试结构单元22d的第一电极层1不与电池21的第一电极层1分离。对于测试结构单元22d和电池21，第一电极层1形成为一体化图案。测试结构单元22d的第二电极层5形成为独立于其它测试结构单元22的第二电极层5的图案。测试结构单元22d的n型半导体层2形成为独立于其它测试结构单元22的n型半导体层2的图案。测试结构单元22d的p型半导体层4形成为独立于其它测试结构单元22的p型半导体层4的图案。
测试结构单元22e具有在基板10上层叠第一电极层1、n型半导体层2和第二电极层5的三层结构。即，测试结构单元22e具有从电池21的层结构中去除充电层3和p型半导体层4的层结构。n型半导体层2的下表面与第一电极层1的上表面接触，并且n型半导体层2的上表面与第二电极层5的下表面接触。第一电极层1与电池21的第一电极层是共同的。
也就是说，测试结构单元22e的第一电极层1不与电池21的第一电极层1分离。对于测试结构单元22e和电池21，第一电极层1形成为一体化图案。测试结构单元22e的第二电极层5形成为独立于其它测试结构单元22的第二电极层5的图案。测试结构单元22e的n型半导体层2形成为独立于其它测试结构单元22的n型半导体层2的图案。
测试结构单元22f具有在基板10上层叠第一电极层1、p型半导体层4和第二电极层5的三层结构。即，测试结构单元22f具有从电池21的层结构中去除充电层3和n型半导体层2的层结构。p型半导体层4的下表面与第一电极层1的上表面接触，并且p型半导体层4的上表面与第二电极层5的下表面接触。第一电极层1与电池21的第一电极层是共同的。
也就是说，测试结构单元22f的第一电极层1不与电池21的第一电极层1分离。对于测试结构单元22f和电池21，第一电极层1以一体化图案形成。测试结构单元22f的第二电极层5形成为独立于其它测试结构单元22的第二电极层5的图案。测试结构单元22f的p型半导体层4形成为独立于其它测试结构单元22的p型半导体层4的图案。
因此，在电池21和测试结构单元22a至22g中，第一电极层1以彼此不分离的一体化图案形成。本文中，第一电极层1以形成在基板10的大致整个表面上的整体图案形成。在电池21、测试结构单元22a、测试结构单元22b、测试结构单元22c、测试结构单元22g和测试结构单元22h中，充电层3以彼此不分离的一体化图案形成。在电池21与测试结构单元22之间，第二电极层5是分离的。此外，在测试结构单元22之间，第二电极层5是分离的。即，对于测试结构单元22和电池21，第二电极层5形成为独立的岛状图案。对于各个测试结构单元22，第二电极层5被形成为分离的。
如上所述，在本实施例中，多个测试结构单元22布置在其上布置有电池21的基板10上。在测试结构单元形成区域12处形成两种测试结构单元(等同层叠的测试结构单元)22g、22h，其每个具有与电池21相同的层结构。此外，在测试结构单元形成区域12处形成六种测试结构单元(层丢失的测试结构单元)22a至22f，其每个具有与电池21不同的层结构。六种测试结构单元22a至22f的层结构彼此不同。因此，在电池21的周围布置总共八种测试结构单元22a至22h。另外，对于每种测试结构单元22a至22h，还可以在基板10上布置多个测试结构单元。例如，两个或更多的测试结构单元22a被布置在基板10上。类似地，对于测试结构单元22b到22h中的每个，多个测试结构单元被布置在基板10上。
待布置在测试结构单元形成区域12处的测试结构单元22的数量和位置没有特别的限制。例如，在图2所示的中间结构单元100中，在测试结构单元形成区域12处布置50个测试结构单元22。具体地，在基板10的四个角落中的每个处布置测试结构单元22。在基板10的四边处，除了布置在四个角处的测试结构单元之外，八个测试结构单元22沿着其每一边排成一排。此外，在电池21之间的测试结构单元形成区域12处，除了沿着各个边布置的测试结构单元22之外，八个测试结构单元沿着Y方向排列成一排，六个测试结构单元22沿着X方向排成一排。八种测试结构单元22中的任何一种被布置在布置有测试结构单元的每个位置处。待布置的测试结构单元22a至22h的种类、数量和位置没有特别的限制。
本文中，优选地，相同类型的测试结构单元22被布置为散布在基板10上。也就是说，具有相同层结构的测试结构单元22被布置在基板10上的多个位置处。根据以上所述，可以评估各个层的平面上的变化、梯度等。例如，在图2中，测试结构单元22a沿着X方向布置在不同位置处。因此，可以评估测试结构单元22a在X方向上的变化、梯度等的特性。此外，也可以通过在Y方向上类似地散布多个测试结构单元22a来评估其在Y方向上的变化。类似地，关于每个具有另一层结构的测试结构单元22b至22h，通过在基板10上布置具有相同层结构的多个测试结构单元22，可以评估平面上的变化等。
另外，在其上布置有测试结构单元22的多条线存在于不同位置和不同方向的情况下，优选地，在每条线上布置各种测试结构单元。根据以上所述，可以评估每条线上的层特性并且比较不同线的测量结果。例如，在具有如图2所示的上侧线、下侧线、左侧线、右侧线、X方向中心线、Y方向中心线这6条线的情况下，可以在每条线上布置各种测试结构单元22a至22h。
测试结构单元22a至22h的第二电极层5分别以分离的图案形成。本文中，当测试结构单元22a至22h的第二电极层5分别用作测试元件组(test element group，TEG)焊盘时，可以独立地检查测试结构单元22a至22h。
例如，为了形成电池21和测试结构单元22a至22h，将第一电极层1、n型半导体层2、充电层3、p型半导体层4和第二电极层5所有这些层层叠在基板10上。在层叠之后，将测量所需的电源(电压源、电流源等)和测量电特性所需的测量设备(电压表、电流表等)连接到待测量的测试结构单元22a至22h中的任一个的第一电极层1与第二电极层5之间。对与测量设备相连的测试结构单元22的电特性进行评估。在相同的时刻以相同的工艺形成测试结构单元22的每一层和电池的每一层。因此，由于测试结构单元22的电特性被测量并且将其与其它测试结构单元22的电特性进行比较，所以可以评估电池21的各个层。
从容易比较和评估测量结果的观点出发，优选地，各测试结构单元22的第二电极层5在俯视图中具有相同的形状。例如，以具有在X-Y平面图中相同形状的图案来形成对于各个测试结构单元22独立地形成的第二电极层5。另外，优选地，第二电极层5以外的分离层在各层的俯视图中具有相同的形状。例如，在图3所示的示例中，对于各个测试结构单元22a至22h，第二电极层5在俯视图中具有相同的形状。对于各个测试结构单元22h、22a、22d、22e，n型半导体层2在俯视图中具有相同的形状。此外，优选地，对于各个测试结构单元22h、22b、22d、22f，p型半导体层4在俯视图中具有相同的形状。换句话说，由于独立于其它测试结构单元22而形成的测试结构单元22的图案具有相同的形状，所以可以匹配用于评估的测量条件。
接下来，将参照图4描述根据本实施例的用于制造电池的方法。图4是示出用于制造电池21的方法的流程图。
为了制造量子电池，首先制备基板10(步骤S1)。如上所述，基板10是绝缘或导电的板状或片状。例如，可以使用玻璃基板、聚合物膜的树脂片或金属箔片。基板10在俯视图中具有可以在其上布置单元形成区域和测试结构单元区域的形状。
随后，在步骤S1中制备的基板10上形成第一电极层1(步骤S2)。如上所述，第一电极层1是包含铝(Al)等的银(Ag)合金膜，并且可以通过诸如溅射、离子电镀、电子束沉积、真空沉积和化学沉积等汽相膜形成来形成。第一电极层1形成在基板10的大致整个表面上。因此，第一电极层对于电池21和测试结构单元22是共同的。本文中，在基板10由导电材料制成以同样起到第一电极层的作用的情形下，可以省去第一电极层1，并且可以跳过步骤S2。
随后，在第一电极层1上形成n型半导体层2(步骤S3)。如上所述，n型半导体层2是由二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)等构成的n型金属氧化物半导体层。例如，通过溅射形成n型半导体层2。本文中，使用掩模通过溅射以预定图案形成n型半导体层2。即，在布置有电池21、测试结构单元22g、测试结构单元22h、测试结构单元22a、测试结构单元22d或者测试结构单元22e的位置处，使用具有开口的掩模来形成n型半导体层2。
此时，由于使用具有共同开口的掩模，所以对于电池21和测试结构单元22g，以连续图案形成n型半导体层2。因此，对于电池21和测试结构单元22g，n型半导体层2被一体地形成。此外，在布置有测试结构单元22h、测试结构单元22a、测试结构单元22d或测试结构单元22e的位置处，通过使用具有各个开口的掩模来形成n型半导体层2。因此，在布置有测试结构单元22h、测试结构单元22a、测试结构单元22d或测试结构单元22e的位置处，n型半导体层2以相互分离的图案形成。本文中，在去除n型半导体层2的情况下，可以跳过步骤S3。
充电层3形成在第一电极层1和n型半导体层2上(S4)。例如，可以用涂层热解方法形成充电层3。具体而言，将脂肪酸钛和硅油混合而成的涂布液涂布在溶剂中，进行干燥，之后进行燃烧。由此，形成被绝缘膜覆盖的二氧化钛粒子层。
由于所形成的层被紫外线照射，所以二氧化钛的原子间距离发生变化，并且引起光激发的结构变化现象。结果是，在二氧化钛的带隙中形成新的能级。可以通过将电子捕获到新能级来执行充电。通过上述工艺形成充电层3。
在布置有电池21、测试结构单元22g、测试结构单元22h、测试结构单元22a、测试结构单元22b或测试结构单元22c的每个位置处，充电层3以连续图案形成。本文中，可以仅以预定图案来涂布涂布液，以便以预定图案形成充电层3。可替代地，也可以在涂布涂布液之后，去除预定图案之外位置处的涂布液。在这种情况下，例如，在涂布液干燥前将其擦掉。可替代地，也可以在形成充电层3之后，去除预定图案以外位置处的充电层。以这种方式，可以形成均具有充电层3的测试结构单元22g、22h、22a、22b、22c和均不具有充电层3的测试结构单元22d、22e、22f。
如上所述，在步骤S3中，以预定图案形成n型半导体层2。因此，在形成有n型半导体层2的n型半导体层2上形成充电层3，并且在未形成n型半导体层2的第一电极层1上直接形成充电层3。
本文中，当将均具有充电层的测试结构单元22g、22h、22a、22b、22c布置在相邻位置处时，优选地，从充电层形成操作的容易性的角度考虑。尤其，从为了形成充电层而涂布或除去涂布液的易于操作性角度考虑。
例如，优选地，测试结构单元22d、22e、22f不设置在测试结构单元22g、22h、22a、22b、22c之间。本文中，在X-Y俯视图中，测试结构单元22d、22e、22f未布置在测试结构单元22g与测试结构单元22h之间。此外，测试结构单元22d、22e、22f未被布置在其它测试结构单元22a、22b、22c之间的区域处。换句话说，均不具有充电层3的测试结构单元22d、22e、22f将被连续布置。
本文中，本实施例公开了对于电池21和测试结构单元22g、22h、22a、22b、22c，充电层3一体形成的情况。然而，也可以以预定的分离图案形成充电层3。例如，在布置有电池21、测试结构单元22g、测试结构单元22h、测试结构单元22a、测试结构单元22b或测试结构单元22c的位置处，以相互分离的图案形成充电层。在这种情况下，如上所述，也可以仅以预定图案涂布涂布液。可替代地，也可以在涂布涂布液之后，去除预定图案之外位置处的涂布液。在这种情况下，例如，在涂布液干燥前将其擦掉。可替代地，也可以在形成充电层3之后，去除预定图案以外位置处的充电层。本文中，对于各个测试结构单元22，充电层3在俯视图中可以具有相同的形状。
随后，在第一电极层1、n型半导体层2和充电层3上形成p型半导体层4(步骤S5)。如上所述，p型半导体层4是由氧化镍(NiO)、铜铝氧化物(CuAlO2)等构成的p型金属氧化物半导体。例如，通过溅射形成p型半导体层4。本文中，类似于n型半导体层2，使用掩模利用溅射以预定图案形成p型半导体层4。即，通过使用在布置有电池21、测试结构单元22g、测试结构单元22h、测试结构单元22b、测试结构单元22d或者测试结构单元22f的位置处具有开口的掩模来形成p型半导体层4。此时，由于使用具有共同开口的掩模，所以对于电池21和测试结构单元22g，以连续图案形成p型半导体层4。此外，通过使用在布置有测试结构单元22h、测试结构单元22b、测试结构单元22d或测试结构单元22f的位置处具有单独开口的掩模来形成p型半导体层4，使得以相互分离的图案形成p型半导体层4。
如上所述，根据步骤S3和步骤S4，分别以预定图案形成n型半导体层2和充电层3。在n型半导体层2或充电层3被形成为最上层的位置处，在其上形成p型半导体层4。在未形成n型半导体层2和充电层3的位置处，在第一电极层1上直接形成p型半导体层4。
随后，在第一电极层1、n型半导体层2、充电层3和p型半导体层4上形成第二电极层5(步骤S6)。本文中，如上所述，类似于第一电极层1，第二电极层5是含有铝(Al)等的银(Ag)合金膜，并且能够通过诸如溅射、，离子电镀、电子束沉积、真空沉积和化学沉积等气相成膜形成。例如，通过使用掩模以预定图案形成第二电极层5。具体地，对于电池21和测试结构单元22a至22h，以相互分离的图案形成第二电极层5。
如上所述，根据步骤S3至步骤S5，分别以预定图案形成n型半导体层2、充电层3和p型半导体层4。在n型半导体层2、充电层3或p型半导体层被形成为最上层的位置处，在其上形成第二电极层5。
以这种方式，根据步骤S1至步骤S6，完成包括电池21和测试结构单元22的中间结构单元100。
评估由步骤S1至步骤S6制备的电池21的性能(步骤S7)。本文中，分别测量布置在中间结构单元100中的电池21的特性。例如，确定电池21的诸如充电-放电特性的电气性能是否满足预定标准。
关于电池21的评估方法，可以使用例如专利文献1中公开的评估装置和评估方法。例如，评估装置包括第一探针和第二探针。评估装置包括施加充电电流的电压源和提取放电电流的电流源(负载)。根据评估装置，电压源或电流源以可选择的方式连接在两个探针之间。此外，评估装置包括测量两个探针之间的电压的电压表，以及测量在两个探针之间流动的电流的电流表。
然后，将第一探针连接到第一电极层，将第二探针连接到第二电极层。例如，第一探针被连接到第一电极层1暴露于电池形成区域11或测试结构单元形成区域12中的正面(也包括当基板10充当第一电极层1时的背面)的位置。将第二探针连接到电池21的第二电极层5的正面上的任何位置。因此，两个探针都被连接到电池21，以被评估为处于能够进行充电-放电的状态。
然后，将电压源连接到两个探针之间，使得评估装置以预定充电方法(例如，以恒定电流或恒定电压充电等)对电池21进行充电。评估装置测量从未充电状态到完全充电状态的电压和充电时间。此外，将电流源连接在两个探针之间，使得评估装置对电池21进行放电，以使电流沿与充电期间相反的方向流动。评估装置测量从满充电状态到不充电状态的电压和放电时间。此外，也可以在充满电之后立刻进行测量电压的评估。可以将第二探针连接到第二电极层上的单个点或多个点。基于如上所测量到的电特性来评估电池21。
本文中，可以测量等同层叠的测试结构单元22g、22h的电特性，并将其用于评估作为对电池21的评估。另外，可以在步骤S7中进行评估之前，通过执行电池21的充电-放电操作来执行诸如调节和老化的处理。在这种情况下，在处理期间测量的电池21的电特性可以用于步骤S7中的评估。
在步骤S7中，当电池21的性能满足预定标准时，电池21被确定为正常。当布置在单个中间结构单元100中的所有电池21被确定为正常时，中间结构单元100被确定为正常(步骤S7中的“正常”)。
从步骤S7中被确定为正常的中间结构单元100中去除测试结构单元形成区域12(步骤S8)，从而完成量子电池的基本结构。可以通过例如利用在中间结构单元100的测试结构单元区域12与电池形成区域11之间的边界处进行切割，从电池21切除测试结构单元22来执行测试结构单元区域12的去除。因此，测试结构单元22与电池21分离。布置在中间结构单元100处的电池21被分成多个部分。由此，可以制造满足预定标准的电池21。本文中，也可以在没有完全去除测试结构单元形成区域12的情况下留下一部分测试结构单元22。例如，测试结构单元22可以用于在制造电池之后进行测试或者转变到端子构件。
如上所述制造的电池21仅仅起到量子电池的作用。本文中，根据需要，可以配置诸如正极端子、负极端子等端子构件以及诸如外部构件和盖构件的组成构件。另外，此时也可以将多个单电池21组合成一个单电池。
在步骤S7中，当电池21的性能不满足预定标准时，确定为电池21的性能异常。具有被确定为性能异常的电池21的中间结构单元100被确定为异常(步骤S7中的“异常发生”)。基于测试结构单元22的电特性来评估被确定为异常的中间结构单元100(S8)。基于评估结果调查故障原因，并向每一步提供反馈。
作为确定的方法，确定测试结构单元22的测量结果是否包含在允许范围内。例如，预先建立每种测试结构单元22的电特性值的允许范围。确定已被确定为异常的中间结构单元100的每个测试结构单元22是否在允许范围内。在超出允许范围的各种测试结构单元22存在偏差的情况下，可以基于上述推测哪一个层成形过程故障。在超出允许范围的测试结构单元22的位置存在偏差情况下，可以获得关于故障相关位置的推测。
作为确定的另一种方法，可以比较布置在同一中间结构单元100处的相同种类的测试结构单元之间的电特性值。在这种情况下，可以获得关于形成每层的故障相关位置的推测。
此外，还可以比较已被确定为正常的不同中间结构单元100中的相同位置处的同类型测试结构单元22。在这种情况下，可以获得由制造时间、使用设备等不同而引起的关于故障的推测。
例如，可以针对每个测试结构单元22a至22h测量诸如电流-电压(I-V)特性的电特性，作为用于确定的电特性。此外，还可以测量与步骤S7中针对电池21测量的电特性相同的电特性(例如，充电-放电特性)。
图5示出作为p型半导体层4的单层布置在第一电极层1与第二电极层5之间的结构(即，测试结构单元22f)的I-V特性。在图5中，横轴表示电压(V)，纵轴表示电流(A)。图5示出正常p型半导体层4的I-V特性和异常p型半导体层4的I-V特性。可以通过利用每个测试结构单元的I-V特性来确定测试结构单元是正常还是异常。
具体地，当测量设备的端子(探针)与各测试结构单元22的第二电极层5和第一电极层1接触时，测量I-V曲线。独立地测量各测试结构单元22的I-V曲线。可以同时或依次进行测试结构单元22的电特性的测量。
例如，利用每个具有一种半导体层而不具有充电层3的测试结构单元22e、22f，可以评估n型半导体层2或p型半导体层4的I-V特性。利用具有两种半导体层而不具有充电层3的测试结构单元22d，可以评估与n型半导体层2和p型半导体层4结合的二极管的I-V特性。利用每个具有充电层3和一种半导体层的测试结构单元22a、22b，可以评估其中n型半导体层2或p型半导体层4被层叠到充电层3的二次电池的I-V特性。利用具有充电层3而不具有两种半导体层中任何一种的测试结构单元22c，可以评估具有充电层3作为单层的二次电池的I-V特性。利用每个具有与电池21相同层结构的测试结构单元22g、22h，可以评估二次电池的I-V特性。因此，可以通过评估每个测试结构单元22可靠地指定故障过程。
例如，可以基于测试结构单元22a至22f的I-V特性来指定故障层。在六种层丢失的结构单元22a至22f中指定具有不满足预定标准的I-V特性的任何测试结构单元22a至22f。例如，对于具有正常电池21的中间结构单元100，预先测量测试结构单元22a至22f的I-V特性。然后，基于上述结果建立用于确定允许范围的评估标准。将测试结构单元22a至22f的特征结果与评估标准进行比较。
也就是说，当所测量的测试结构单元的特性满足评估标准时，测试结构单元被确定为正常。当所测量的测试结构单元的特性不满足评估标准时，测试结构单元22a至22f被确定为异常。基于被确定为异常的测试结构单元22a至22f的层结构与被确定为正常的测试结构单元之间的差异，可以区分正常层和异常层。具体而言，在每个具有p型半导体层4的测试结构单元22b、22d、22f、22h、22g的特性不满足评估标准、以及每个均不具有p型半导体层4的测试结构单元22a、22c、22e满足评估标准时的情况下，确定p型半导体层3异常。
以这种方式，可以指定哪个过程引起故障。当指定了故障过程，向制造过程提供反馈。根据以上所述，可以改善制造过程，并且可以在后续生产中防止发生过程故障。因此，可以提高产量并且可以提高生产率。
因此，在本实施例中，测试结构单元22被布置用于基于测量到的特征值来评估过程状态。此外，由于多个测试结构单元22a至22f布置在基板10上，因此可以评估与单元处理、单元装置以及过程故障的关系。量子电池可以通过在检测到故障时向过程条件提供反馈来改善特性并稳定质量。自然地，对于每个测试结构单元22，可以执行除了I-V特性之外的特性的测量以及多个特性的测量。
此外，本实施例包括在第一电极层1与第二电极层5形成每层单层的测试结构单元22c、22e、22f、以及，其中不具有充电层3的测试结构单元22d、22e、22f。在电池性能降低的情况下，由于在步骤S7中评估了单层的每层结构的电特性，所以可以容易地检测哪一层故障以及从何时发生故障。例如，在评估中间结构单元100中电池21的性能期间发生故障的情况下，测量同一中间结构单元100中的测试结构单元22的I-V特性。如图5所示，通过比较正常情况下各层的I-V特性与异常情况下的I-V特性，可以评估哪一层故障。此外，还可以获得各层的电特性之间的关系，并且通过向过程条件提供反馈利用关系来改善特性和稳定质量。根据本实施例的制造方法，由于可以控制电池21的质量，所以可以提高生产率。
如本实施例中所述，通过将测试结构单元22布置在中间结构单元100中可以执行更适当的评估。例如，可以识别故障层并且测量平面上的分布。
本文中，在步骤S7中可能存在被确定为正常的电池被包含为被确定为异常的中间结构单元100中的多个电池21的一部分的情况。在这种情况下，从被确定为异常的电池21和测试结构单元22切掉正常电池21。因此，可以仅提取被确定为正常的电池21。利用步骤S9所述的方法，可以将正常电池21从被确定为异常的电池21和测试结构单元22分离。
此外，在步骤S7中可能存在多个电池21的一部分被确定为被确定为异常的中间结构单元100异常的情况。在这种情况下，可以在步骤S8中仅评估与被确定为异常的电池21相邻的测试结构单元22。
本文中，在本实施例中，使用绝缘基板作为基板10。另外，也可以使用片状构件作为基板10。另外，公开了在基板10上布置4个电池21。但是，布置在基板10上的电池21的数量、大小、形状10没有特别的限制。
在步骤S7中评估电池性能之后，通过切割基板10将测试结构单元22与电池21分离。如上所述，基板10的不必要区域，即测试结构单元形成区域12与最终获得的电池21分离。因此，可以使电池21小型化。
在以上描述中，对于布置在第一电极层1与第二电极层5之间的n型半导体层2、充电层3和p型半导体层4的所有组合，布置六种测试结构单元22a至22f。根据上述，可以更适当地进行评估。当然，可以不布置六种测试结构单元22a至22f中的所有种类。也就是说，仅仅需要在中间结构单元100中布置至少一种测试结构单元22a至22f。通过测量测试结构单元22的电特性，可以适当地评估每一层。
例如，也可以布置其层结构不包括充电层3的测试结构单元22。因此，可以是适当地评估n型半导体层2和p型半导体层4的特性。
此外，还可以布置其层结构不包括n型半导体层2或半导体层4的测试结构单元22。换句话说，布置其中充电层3至少与第一电极层1或第二电极层5中的一个接触的测试结构单元22。因此，可以适当地评估充电层3的特性。
也可以布置多个测试结构单元22并且多个测试结构单元22具有层结构，其中每个层结构布置在第一电极层1与第二电极层5之间，并且每个层结构彼此不同。因此，可以适当地评估每层，并且可以指定故障的制造过程。
[第二实施例]
将参照图6描述根据本实施例的用于电池的中间结构单元200的结构。图6是示意性地示出中间结构单元200的结构的截面图。在本实施例中，使用片状构件作为基板10。电池21布置在作为绝缘基板10的上表面和下表面的两个面上。
在本实施例中，电池21布置在片状基板10的两个面上。因此，可以获得具有较高容量的电池21。此外，测试结构单元22a至22h也布置在基板10的两个面上。与第一实施例类似，对布置在基板10的两个面上的测试结构单元22a至22h测量电特性。因此，可以评估基板10的两个面上的性能变化、每个面上的趋势等。
根据本实施例的电池的制造工艺类似于如第一实施例所述的图4的流程。例如，在第一电极层1形成在基板10的一个面上之后，第一电极层1形成在另一个面上。如上所述在基板10的两个面上执行层形成之后，执行下一层形成。由于每个步骤在上表面和下表面上交替进行，所以两个面上的电池21的特性可以大致均匀。由于对两面上的充电层3一次性地进行燃烧过程，所以两个面上的充电层3可以具有相同的热过程。当然，也可以在基板10的一个面上连续地形成2层或更多层，并且在其另一个面上形成层。此外，可以在两个面上同时形成层。
在图6中，测试结构单元22a至22h的平面布置在基板10的两个面上是相同的。因此，可以在相同的条件形成上表面上的测试结构单元22和下表面上的测试结构单元22。此外，相同的掩模可以用于层形成。
自然地，基板10的两个面的测试结构单元22a至22h的平面布置可以彼此不同。例如，在图6中，上表面上的测试结构单元22a处于与下表面上的测试结构单元22a相同的平面位置处。然而，例如，具有不同层结构的测试结构单元22可以布置在相同的平面位置处。例如，上表面上的测试结构单元22a处于与测试结构单元22b相同的平面位置处。可替代地，上表面上的测试结构单元22和下表面上的测试结构单元22被布置为彼此偏移。例如，下表面上的测试结构单元22a被布置在上表面上的测试结构单元22a与测试结构单元22b之间的平面位置处。根据以上所述，可以更详细地评估平面上的分布。本文中，也可以通过在基板10上使用导电材料，使基板10作用为第一电极层1。在这种情况下，能够去除基板10的两个面上的第一电极层1。
[第三实施例]
将参照图7描述根据本实施例的用于电池的中间结构单元300的结构。图7是示意性地示出中间结构单元300的结构的截面图。在第三实施例中，电池31的截面结构不同于第一和第二实施例中电池21的截面结构。由于中间结构单元300的俯视图与图2相同，所以在此跳过。此外，也适当地跳过与第一和第二实施例重复的描述。
在根据本实施例的中间结构单元300中，电池31具有无n型半导体层2的层结构。即，在电池31中，在基板10上从底部依次形成第一电极层1、充电层3、p型半导体层4和第二电极层5。
由于电池31的层结构与第一实施例的层结构不同，所以测试结构单元32的种类与第一实施例的种类不同。由于电池31不包括n型半导体层2，所以测试结构单元32也不包括n型半导体层2。相应地，测试结构单元32的种类的数量减少。本文中，在基板10上布置4种测试结构单元32g、32h、32c、32f。具体而言，由于在电池31的电极层之间形成2层，所以在测试结构单元32的电极层之间形成1层或2层。
测试结构单元32g、32h是具有与电池31相同层结构的等同层叠的测试结构单元。即，每个测试结构单元32g、32h均具有如下层结构，即第一电极层1、充电层如3、p型半导体层4和第二电极层5按顺序形成在基板10上。每个测试结构单元32g、32h在电极层之间均具有p型半导体层4和充电层3的双层结构。
每个测试结构单元32c、32f在电极层之间具有包括p型半导体层4或充电层3的单层结构。测试结构单元32c、32f是层丢失的测试结构单元，其层结构不同于单元31的层结构。
测试结构单元32c的层结构与第一实施例的测试结构单元22c的层结构相同。也就是说，在测试结构单元32c中，第一电极层1、充电层3和第二电极层5形成在基板10上。即，测试结构单元32c具有从单元31中去除p型半导体层4的层结构。
测试结构单元32f的层结构与第一实施例的测试结构单元22f的层结构相同。也就是说，在测试结构单元32f中，在基板10上形成第一电极层1、p型半导体层4和第二电极层5。即，测试结构单元32f具有从电池31中去除充电层3的层结构。
对于测试结构单元32g和电池31，p型半导体层4以一体化图案形成。测试结构单元32h的p型半导体层4形成为与电池31和其它测试结构单元22的p型半导体层独立的图案。测试结构单元32f的p型半导体层4形成为与电池31和其它测试结构单元22的p型半导体层4独立的图案。
对于测试结构单元32g、测试结构单元32h、测试结构单元32c和电池31，充电层3形成为一体化图案。即，在测试结构单元32g、测试结构单元32h、测试结构单元32c和电池31之间，充电层3不各自分离。
对于电池31、测试结构单元32g、测试结构单元32h、测试结构单元32c和测试结构单元32f，第二电极层5以彼此独立的图案形成。
因此，即使电池31具有与第一实施例不同的层结构，但仍可以通过在基板10上形成测试结构单元32来适当地进行评估。因此，可以获得与第一实施例类似的效果。
[第四实施例]
将参照图8和图9来描述根据本实施例的用于电池的中间结构单元400的结构。图8是示意性地示出中间结构单元400的结构的俯视图，图9是其截面图。
在第四实施例中，使用细长的带状导电片作为基板10。具体地，如图8所示，使用如下带状导电片作为基板10，其中带状导电片的纵向方向被定位为Y方向，横向方向(宽度方向)被定位为X方向。本文中，导电基板10兼具第一电极层1的角色。也就是说，基板10起第一电极层1的作用。因此，在评估和充电-放电期间，基板10将被连接到探针或端子。
如图8所示，电池形成区域11是其纵向方向被定位为Y方向的带状区域。测试结构单元形成区域12布置在带状电池形成区域11的每一侧上。也就是说，测试结构单元形成区域12分别布置在电池形成区域11的+X侧和-X侧上。在图8中，+X侧上的测试结构单元形成区域12被示为测试结构单元形成区域12a，并且-X侧上的测试结构单元形成区域12被示为测试结构单元形成区域12b。
在每个测试结构单元形成区域12a、12b处沿着Y方向布置多个测试结构单元22。例如，多个测试结构单元22a至22h沿着Y方向在+X侧上的测试结构单元形成区域12a处排列成一排。类似地，多个测试结构单元22a至22h沿着Y方向在-X侧上的测试结构单元形成区域12b处排成一排。
在每个测试结构单元形成区域12a、12b中，测试结构单元22a、测试结构单元22b、测试结构单元22c、测试结构单元22d、测试结构单元22e、测试结构单元22f、测试结构单元22g和测试结构单元22h被顺序排列。即，不同种类的测试结构单元22a至22h在Y方向上顺序排列。
此外，在两侧上的测试结构单元形成区域12a、12b处，相同种类的测试结构单元22被布置在Y方向上的相同位置处。例如，测试结构单元形成区域12a处的测试结构单元22a处于测试结构单元形成区域12b处的测试结构单元22a的Y方向上的位置处。类似地，关于测试结构单元22b至22h，在测试结构单元形成区域12a和测试结构单元形成区域12b中，其相同类型在Y方向上的位置被匹配。
如图8所示，电池形成区域11在Y方向上延长。将要评估布置在被评估电池21所在位置两侧上的测试结构单元22。例如，将要评估在电池21的性能评估中发生故障的Y方向位置附近的测试结构单元22。根据以上所述，可以进行适当的评估。因此，可以获得与第一实施例类似的效果。本文中，正常电池21从其两侧上的测试结构单元形成区域12a、12b分离。
在图8中，测试结构单元形成区域12a、12b布置在电池形成区域11的两侧上。然而，也可以仅在电池形成区域11的一侧上布置测试结构单元形成区域12。即，在图8中，可以仅布置+X侧上的测试结构单元形成区域12a。在这种情况下，可以容易地执行去除和分离测试结构单元形成区域12。
此外，在第四实施例的是示例中，电池21的所有层在Y方向上连续形成。然而，第二电极层5可以在Y方向上间隔开地形成。此外，第二电极层5和p型半导体层4可以在Y方向上间隔开地形成。在这种情况下，可以容易地指定电池21的故障位置，并且可以容易地选择用于评估的测试结构单元22。此外，在电池21的一部分处检测到故障的情况下，可以沿X方向切割中间结构单元400，以去除故障部分。
在上述第一至第四实施例中，布置了等同层叠的测试结构单元和层丢失的测试结构单元两者。但是，也可以只布置层丢失的结构单元。
在上面的描述中，n型半导体层2、充电层3和p型半导体层4布置在电池21的电极层之间。然而，也可以布置除了n型半导体层2、充电层3以及p型半导体层4之外的层。同样在这种情况下，优选地，电池21的电极层之间的部分处的层形成在测试结构单元22中。根据以上所述，可以评估所添加的功能层。
以上描述了本发明的实施例。本文中，在不脱离其目的和效果的情况下，本发明包括其适当的修改并且不限于上述实施例。
本申请基于并要求于2015年7月22日提交的日本专利申请第2015-144556号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
参考标记列表
1 第一电极层
2 n型半导体层
3 充电层
4 p型半导体层
5 第二电极层
10 基板
11 细胞形成区域
12 测试结构单元形成区域
21 电池
22 测试结构单元
31 电池
32 测试结构单元

Claims (15)

1.一种用于二次电池的中间结构单元，包括布置在共同基板上的一个或多个二次电池和一个或多个测试结构单元，
其中所述二次电池和所述测试结构单元中的每个包括第一电极层和第二电极层，
所述第一电极层形成为用于所述二次电池和所述测试结构单元的一体化图案，
所述第二电极层在所述二次电池与所述测试结构单元之间分离，
在所述第一电极层与所述第二电极层之间的二次电池处层叠有多个层，
所述多个层至少包括金属氧化物半导体层和充电层，以及
所述多个层的一部分形成在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元处。
2.根据权利要求1所述的用于二次电池的中间结构单元，包括多个所述测试结构单元，
其中所述第二电极层在所述测试结构单元之间分离。
3.根据权利要求2所述的用于二次电池的中间结构单元，
其中所述多个测试结构单元包括其中在所述第一电极层与所述第二电极层之间不形成所述充电层的测试结构单元。
4.根据权利要求2或3所述的用于二次电池的中间结构单元，
其中所述多个测试结构单元包括其中所述第一电极层与所述第二电极层之间的所述充电层与所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一个接触的测试结构单元。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的用于二次电池的中间结构单元，
其中所述多个测试结构单元的所述第二电极层在俯视图中被等同地成形。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的用于二次电池的中间结构单元，
其中所述多个测试结构单元中的一些单元被布置为与单个二次电池相邻。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的用于二次电池的中间结构单元，
其中所述多个测试结构单元包括层结构彼此不同的测试结构单元，其中每个层结构布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间。
8.根据权利要求7所述的用于二次电池的中间结构单元，
其中所述二次电池具有在所述第一电极层与所述第二电极层之间层叠的层结构，所述层结构是具有所述金属氧化物半导体层和所述充电层的双层结构，
所述多个测试结构单元包括：其中充电层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元；以及其中所述金属氧化物半导体层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元。
9.根据权利要求7所述的用于二次电池的中间结构单元，
其中所述金属氧化物半导体层包括彼此不同的第一金属氧化物半导体层和第二金属氧化物半导体层，
所述第一金属氧化物半导体层、所述充电层和所述第二金属氧化物半导体层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的二次电池处，并且
所述多个测试结构单元包括：其中所述第一金属氧化物半导体层和所述充电层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元；其中所述充电层和所述第二金属氧化物半导体层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元；其中所述充电层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元；其中所述第一金属氧化物半导体层和所述第二金属氧化物半导体层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元；其中所述第一金属氧化物半导体层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元；以及其中所述第二金属氧化物半导体层被布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的测试结构单元。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的用于二次电池的中间结构单元，
其中所述二次电池和所述测试结构单元布置在所述基板的两个面上。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的用于二次电池的中间结构单元，
其中所述测试结构单元还包括其中在所述第一电极层与所述第二电极层之间形成有与在所述第一电极层与所述第二电极层之间的所述二次电池处层叠的层结构相同层结构的测试结构单元。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于二次电池的中间结构单元，
其中所述基板是导电的并且兼具所述第一电极层的功能。
13.一种制造二次电池的方法，包括：
制备根据权利要求1至12中任一项所述的用于二次电池的中间结构单元，以及
测量所述测试结构单元的电特性。
14.根据权利要求13所述的用于制造二次电池的方法，还包括：评估布置在所述二次电池的所述中间结构单元中的所述二次电池的性能，
其中在所述二次电池的性能不满足预定标准的情况下，执行测量所述测试结构单元的电特性。
15.根据权利要求14所述的用于制造二次电池的方法，还包括：在所述二次电池的所述性能满足所述预定标准的情况下，将所述测试结构单元与所述二次电池分离。
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