JP6363244B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電素子および蓄電素子の作製方法、ならびに蓄電装置に関する。
なお、本明細書における蓄電素子は蓄電機能を有する素子全般を指し、蓄電装置とは蓄電
機能を有する装置全般を指すものである。なお本明細書においては、蓄電素子を平面上に
複数配置したものを蓄電装置としている。
近年、リチウム二次電池、リチウムイオンキャパシタおよび空気電池など、様々な蓄電装
置の開発が行われている。特に高出力および高エネルギー密度の二次電池として、リチウ
ムイオンを正極と負極との間で移動させて充放電を行う、リチウム二次電池が注目されて
いる。
なお、リチウム二次電池とは、キャリアイオンとしてリチウムイオンを用いる二次電池を
いう。また、リチウムイオンの代わりに用いることが可能なキャリアイオンとしては、ナ
トリウム、カリウム等のアルカリ金属イオン、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等
のアルカリ土類金属イオン、ベリリウムイオン、またはマグネシウムイオン等がある。
また、従来のリチウム二次電池の電解質は、室温で高いリチウム伝導性を示す液体のもの
が多く、市販されているリチウム二次電池の多くが有機系電解液を用いている。しかし、
このように有機系電解液を用いたリチウム二次電池は、漏洩および発火の危険があること
から、より安全性の高い、固体電解質を用いた全固体電池の研究が盛んに行われている（
特許文献１参照。）。
また、基板の一方側の面上に、正極および負極を形成し、正極および負極の間に固体電解
質を配置した二次電池が開発されている（特許文献２参照。）。
特開２００７−１２３０８１号公報 特開２００６−１４７２１０号公報
上述した、基板の一方側の面上に正極および負極を形成し、正極および負極の間に固体電
解質を配置した二次電池は、正極および負極間の物理的な短絡を抑制し、またセパレータ
が不要となるため、低コストの電池を作製することができる。しかし、電池を構成する各
層（正極集電体層、正極活物質層、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層など。）
を順次積層させて形成させるために工程数が多く、それによって作製プロセスが長くなっ
てしまう。またそれに伴って製造コストも増加してしまう。
そこで本発明の一態様は、同一平面上に正極および負極を設けた蓄電素子において、作製
プロセスを簡略化させることが可能な蓄電素子および蓄電素子の作製方法、さらに、複数
の該蓄電素子を同一平面上に配置した蓄電装置を提供することを課題の一とする。
本発明の一態様は、同一平面上に形成された正極集電体層および負極集電体層と、正極集
電体層上の正極活物質層と、負極集電体層上の負極活物質層と、少なくとも正極活物質層
および負極活物質層と接する固体電解質層と、を有し、正極活物質層は、正極集電体層を
構成する金属元素を含む金属酸化物を有し、負極活物質層は、負極集電体層を構成する金
属元素を含む金属酸化物を有する蓄電素子である。
また、上記蓄電素子において、正極活物質層または負極活物質層の少なくとも一方と重畳
するリチウム層を有してもよい。
本発明の一態様は、同一平面上に上記蓄電素子が複数配置されて形成された蓄電装置であ
る。さらに、複数の蓄電素子は配線によって電気的に接続され、それによって蓄電装置内
で複数の蓄電素子が直列または並列に接続されている。
本発明の一態様は、上記直列または並列を切り替える切り替え手段を備えていてもよく、
切り替え手段としては、例えばトランジスタを用いればよい。
本発明の一態様は、以上に記載の蓄電素子および蓄電装置を有する電気機器である。
本発明の一態様は、同一平面上に正極集電体層および負極集電体層を形成し、正極集電体
層および負極集電体層に対して酸化処理を行って、正極集電体層表面に正極活物質層を形
成すると共に、負極集電体層表面に負極活物質層を形成し、少なくとも正極活物質層およ
び負極活物質層と接する固体電解質層を形成し、正極活物質層または負極活物質層の少な
くとも一方と重畳するリチウム層を形成し、正極活物質層は、正極集電体層を構成する金
属元素を含む金属酸化物を有し、負極活物質層は、負極集電体層を構成する金属元素を含
む金属酸化物を有する蓄電素子の作製方法である。
正極集電体層および負極集電体層に対して行う酸化処理は、酸素プラズマ処理によって行
うことができる。また、酸素プラズマ処理における酸素雰囲気として、酸素ガス、一酸化
二窒素ガス、オゾンガスなどを用いればよい。また装置はプラズマＣＶＤ装置、スパッタ
リング装置などのプラズマ発生機構が備わっていれば、特に制限は無い。
また、その他の酸化処理方法としては、陽極酸化処理によって行ってもよい。また、酸素
雰囲気における加熱処理によって行ってもよい。酸素雰囲気としては、上記酸素プラズマ
処理と同様にすればよい。
上記正極活物質層は、酸化バナジウムまたは酸化マンガンを有する層を用いることができ
る。
また、上記負極活物質層は、酸化ニオブ、酸化銅、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化鉄
、酸化タングステン、酸化モリブデンまたは酸化タンタルを有する層を用いることができ
る。
本発明の一態様は、上記蓄電素子および蓄電装置における固体電解質層としてリチウムお
よび硫黄を有する化合物、リチウムおよび酸素を有する化合物または酸化リチウム、を有
する層を用いてもよい。
以上のように、本発明の一態様は正極集電体層および負極集電体層に酸化処理を行うこと
によって、正極集電体層表面に正極活物質層を形成すると共に、負極集電体層表面に負極
活物質層を形成することができる。そのため、作製プロセスを簡略化することができ、そ
れに伴って製造コストも減少させることができる。
本発明の一態様により、同一平面上に正極および負極を設けた蓄電素子において、作製プ
ロセスを簡略化させることが可能な蓄電素子および蓄電素子の作製方法、ならびに蓄電装
置を提供することができる。
本発明の一形態に係る蓄電装置を示す上面図および断面図である。 本発明の一形態に係る蓄電素子の作製方法を示す断面図である。 本発明の一形態に係る蓄電装置を示す上面図および断面図である。 本発明の一形態に係る蓄電素子の作製方法を示す断面図である。 本発明の一形態に係る蓄電素子の作製方法を示す断面図である。 本発明の一形態に係る蓄電素子を示す断面図である。 本発明の一形態に係る蓄電装置を示すブロック図および回路図である。 本発明の一形態に係る蓄電素子群を示す回路図である。 電気機器を説明する図である。 電気機器を説明する図である。
本発明の実施の形態の一例について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下
の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および
詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下
に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではないとする。なお、説明中に
図面を参照するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる場合が
ある。また、同様のものを指す際には同じハッチパターンを使用し、特に符号を付さない
場合がある。
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明
瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない
。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である蓄電素子および蓄電素子の作製方法、ならびに
蓄電装置について、図１および図２を用いて説明する。
図１は、本実施の形態に示す蓄電素子および蓄電装置を示す図である。図１（Ａ）には本
実施の形態に示す蓄電装置９００の上面図であり、同一平面上に蓄電素子２００が配置さ
れている形態を示している。図１（Ｂ）は蓄電素子２００の上面図であり、図１（Ｂ）に
おける一点鎖線Ａ−Ｂにおける断面図を図１（Ｃ）に示す。なお、図１（Ｂ）において、
煩雑になるのを防ぐため、封止層１１４などを省略して示す。
また、本実施の形態では、正極集電体層としてバナジウム層、正極活物質層として酸化バ
ナジウム層、負極集電体層としてニオブ層、負極活物質層として酸化ニオブ層を用いた蓄
電素子について説明する。
なお、本明細書においては、便宜上蓄電素子を同一平面上に複数配置したものを蓄電装置
としている。図１（Ａ）では、蓄電素子２００がマトリクス状に配置されている形態を示
しているが、これに限らない。ランダムに配置してもよく、また対向する正極および負極
の方向も、適宜変更すればよい。また図示していないが、各蓄電素子２００と接続する配
線および端子などが設けられていてもよい。
図１（Ｃ）に示す蓄電素子２００は、基板１００と、基板１００上の絶縁層１０２と、絶
縁層１０２上の同一平面上に形成されたバナジウム層１０４およびニオブ層１０６と、バ
ナジウム層１０４上の酸化バナジウム層１０８と、ニオブ層１０６上の酸化ニオブ層１１
０と、少なくとも酸化バナジウム層１０８および酸化ニオブ層１１０と接する固体電解質
層１１２と、を有し、バナジウム層１０４および酸化バナジウム層１０８は正極として機
能し、ニオブ層１０６および酸化ニオブ層１１０は負極として機能する。さらに、酸化バ
ナジウム層１０８、酸化ニオブ層１１０、固体電解質層１１２および絶縁層１０２上に封
止層１１４が形成されていることが好ましい。
また、図１（Ｃ）では、固体電解質層１１２上において、酸化ニオブ層１１０と重畳する
リチウム層１１６が形成されている。これは、蓄電素子２００において、キャリアとなる
リチウムを負極活物質となる酸化ニオブ層１１０へ供給する（プレドープともいう。）た
めの層である。また、酸化ニオブ層１１０へのリチウムプレドープについて示したが、酸
化バナジウム層１０８へリチウムプレドープを行う構成としてもよい。なお、上記リチウ
ム層１１６は、酸化バナジウム層１０８または酸化ニオブ層１１０の少なくとも一方と重
畳していればよく、被形成面全てに形成されていてもよい。また、リチウム層１１６と接
して、銅層またはニッケル層が形成されてもよい（特に図示なし。）。該銅層またはニッ
ケル層の形状は、リチウム層１１６と略同一であればよい。該銅層またはニッケル層は、
リチウム層１１６から、酸化ニオブ層１１０へリチウムのプレドープを行う際に、集電体
として機能することができる。
このように、酸化ニオブ層１１０と重畳してリチウム層１１６を形成し、ニオブ層１０６
および酸化ニオブ層１１０を正極とし、リチウム層１１６を負極として放電させることに
よって、酸化ニオブ層１１０へリチウムが拡散してドープされ、ＬｉｘＮｂ２Ｏ５（ｘ＞
０）となる。
なお、上記プレドープによってリチウム層１１６の全てのリチウムが酸化ニオブ層１１０
へドープされてもよいし、リチウム層１１６が残っていてもよい。このようにプレドープ
後もリチウム層１１６が残っていることによって、その後、蓄電素子の充放電による不可
逆容量で消失したリチウムを補充するために用いることができる。
なお、本実施の形態においては絶縁層１０２を有する構成としているが、絶縁層１０２を
用いない構成としてもよい。例えば、基板１００に絶縁性のある材料を用いた場合などは
、絶縁層１０２は不要となる。
基板１００に大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有
している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板
などを、基板１００として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半
導体基板、多結晶半導体基板、ＧａＮなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ
Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に
トランジスタなどの半導体素子が設けられたものを、基板１００として用いてもよい。
また、基板１００として、可とう性基板を用いてもよい。なお、可とう性基板上に蓄電素
子を設ける方法としては、非可とう性の基板上に蓄電素子を作製した後、該蓄電素子を剥
離し、可とう性基板に転置する方法がある。その場合には、非可とう性基板と蓄電素子と
の間に剥離層を設けるとよい。
絶縁層１０２は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、
酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化イット
リウム、酸化ガリウム、酸化ランタン、酸化セシウム、酸化タンタル及び酸化マグネシウ
ムの一種以上を選択して、単層または積層で用いればよい。
バナジウム層１０４およびニオブ層１０６は、スパッタリング法、真空蒸着法などにより
形成することができる。スパッタリング法を用いた場合、バナジウムは導電率が高いため
、ＲＦではなくＤＣ電源を用いて成膜できる。ＤＣ電源を用いたスパッタリング法は、成
膜レートが大きく、そのためタクトが短くなり、好ましい。膜厚は、例えば１００ｎｍ以
上１０μｍ以下とすればよい。また、バナジウム層１０４およびニオブ層１０６は、ナノ
インプリント法を用いて形成してもよい。
また、選択的に形成された集電体層上に、上記バナジウム層またはニオブ層を形成しても
よい。例えば、チタン、アルミニウムまたは銅などにより選択的に形成した集電体上に、
バナジウム層またはニオブ層を形成して積層構造としてもよい。また、２層以上の積層構
造としても構わない。
バナジウム層１０４およびニオブ層１０６との間隔は、例えば１０ｎｍ以上となるように
形成すればよく、作製の容易性から１００ｎｍ以上とすると好ましい。このような間隔を
設けることによって、短絡しないように形成させることができる。ただし、正極集電体と
して機能するバナジウム層１０４および負極集電体として機能するニオブ層１０６との間
隔が広くなると、キャリアイオンの伝導性が悪くなる。そのため、二次電池に用いる固体
電解質のイオン伝導度によって、バナジウム層１０４およびニオブ層１０６との間隔を適
宜調節すればよい。
なお、上記示したバナジウム層１０４およびニオブ層１０６の形成順は、どちらから先に
行ってもよい。
また、本実施の形態では、正極集電体層としてバナジウム層を用いて説明しているが、こ
れに限定されるものではない。正極集電体層としてマンガンを有する層を用いてもよい。
また、本実施の形態では、負極集電体層としてニオブ層を用いて説明しているが、これに
限定されるものではない。負極集電体層として銅、コバルト、ニッケル、鉄、タングステ
ン、モリブデンまたはタンタルを有する層を用いてもよい。
酸化バナジウム層１０８は、バナジウム層１０４の表面を酸化処理することによって形成
することができる。同様に、酸化ニオブ層１１０は、ニオブ層１０６の表面を酸化処理す
ることによって形成することができる。なお、酸化バナジウム層１０８および酸化ニオブ
層１１０を形成するための酸化処理は、同時に行うことができる。そのため、酸化バナジ
ウム層１０８および酸化ニオブ層１１０の形成を同時にでき、工程の簡略化を行うことが
できる。
また、上記示したバナジウム層以外の正極集電体層およびニオブ層以外の負極集電体層に
ついても、上記酸化処理によって正極活物質層および負極活物質層として機能する層を形
成させることができる。
酸化バナジウム層１０８は正極活物質、酸化ニオブ層１１０は負極活物質として機能する
。そのため、必要とする電池容量に応じて、酸化バナジウム層１０８および酸化ニオブ層
１１０の厚さを調節すればよい。なお、バナジウム層１０４およびニオブ層１０６を完全
に酸化させてしまうと、正極集電体および負極集電体としての機能を損なうため、例えば
バナジウム層１０４を酸化処理することによって酸化バナジウム層１０８を形成する場合
、処理前のバナジウム層１０４の１０％以上を残すように、処理条件を調節すればよい。
固体電解質層１１２は、スパッタ法、蒸着法、化学気相成長法（具体的には有機金属気相
成長法）で形成することのできる無機系固体電解質を用いる。無機系固体電解質は、硫化
物系固体電解質や酸化物系固体電解質を用いることができる。
硫化物系固体電解質としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ３ＰＯ４、Ｌｉ２Ｓ−
Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｇａ２Ｓ３、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌ
ｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、
Ｌｉ４ＳｉＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２等のリチウムおよび硫黄を有する化合物が挙げられ
る。
また、酸化物系固体電解質としては、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ２Ｏ、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２Ｍｏ
Ｏ４、Ｌｉ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４、ＬＬＴ（Ｌａ２／３−ｘＬｉ３ｘ
ＴｉＯ３）、ＬＬＺ（Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２）等のリチウムおよび硫黄を有する化合
物、リチウムおよび酸素を有する化合物または酸化リチウム材料が挙げられる。
また、塗布法等により形成するＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）等の高分子系固体電解質
を用いてもよい。さらに、上述した無機系固体電解質と高分子系固体電解質を含む複合的
な固体電解質を用いてもよい。
リチウム層１１６は、スパッタリング法または真空蒸着法などにより形成すればよい。膜
厚は、プレドープに必要な量に応じて、適宜決めればよい。なお、酸化バナジウム層１０
８または酸化ニオブ層１１０の少なくとも一方と重畳して形成されていればよく、被形成
面の全面に形成されていてもよい。また、図１（Ｃ）において、リチウム層１１６は固体
電解質層１１２を介して、酸化ニオブ層１１０と重畳して形成されているが、リチウム層
１１６と酸化ニオブ層１１０は直接接していてもよい。
封止層１１４は、キャッピング層ともいう。封止層１１４は、固体電解質層１１２、酸化
バナジウム層１０８、酸化ニオブ層１１０を覆って形成されている。これにより、蓄電素
子２００を大気から遮断することができる。封止層１１４としては、例えば樹脂（エポキ
シ樹脂など）、ガラス、アモルファス化合物、セラミックス等の絶縁性材料を用いること
ができる。また、エポキシ樹脂の中に、吸水層としてフッ化カルシウムなどを有する層を
設けてもよい。封止層１１４は、スピンコート法、インクジェット法などによって形成す
る事ができる。
（蓄電素子の作製方法）
次に、図１（Ｃ）に示した蓄電素子の作製方法について、図２を用いて説明する。
まず、基板１００上に絶縁層１０２を形成する。絶縁層１０２は、スパッタリング法、Ｃ
ＶＤ法、蒸着法などを用いて形成できる。本実施の形態では、酸化シリコンを１００ｎｍ
程度形成させるとよい。
次に、絶縁層１０２上にバナジウム層１０４を形成する。バナジウム層１０４は、例えば
スパッタリング法を用いて形成することができる。バナジウムは導電率が高いため、ＤＣ
電源を用いたスパッタリング法により形成することが好ましい。膜厚は１００ｎｍ以上１
０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上３μｍ以下である。
バナジウム層１０４は、正極集電体として機能するため、堆積法により成膜した後に、所
望の形状に加工する。或いは、例えばスパッタリング法によりバナジウム層１０４を形成
する際に、メタルマスクなどを用いて成膜する。これにより、加工などの工程を必要とせ
ず、所望の形状のバナジウム層１０４を設けることができる。
また、バナジウム層１０４の形成を、ナノインプリント法によって行ってもよい。ナノイ
ンプリント法は、まず、樹脂などを用いて形成される板状の金型（モールドともいう。）
に対して、所望の形状に表面を加工する。次に、形成させる材料（たとえばバナジウムペ
ーストなど）が均一に塗布された台に、所望の形状を加工されたモールドを接触（スタン
プともいう。）させて、選択的に形成させる材料を吸着し、それを被形成面に対して接触
させることによって、選択的に形成させることができる方法である。
また、スパッタリング法でバナジウム層を成膜後、フォトリソグラフィによって加工して
もよい。例えば、成膜したバナジウム層上にフォトレジストを成膜、露光してマスクを形
成し、フッ化水素酸を用いてエッチングすることによって、加工されたバナジウム層１０
４を形成することができる。
次に、絶縁層１０２上にニオブ層１０６を形成させる。ニオブ層１０６は、例えばスパッ
タリング法を用いて形成することができる。ニオブは導電率が高いため、ＤＣ電源を用い
たスパッタリング法により形成することが好ましい。膜厚は１００ｎｍ以上１０μｍ以下
、好ましくは１μｍ以上３μｍ以下である。
ニオブ層１０６は、負極集電体として機能するため、堆積法により成膜した後に、所望の
形状に加工する。或いは、例えばスパッタリング法によりニオブ層１０６を形成する際に
、メタルマスクなどを用いて成膜する。これにより、加工などの工程を必要とせず、所望
の形状のニオブ層１０６を設けることができる。
また、ニオブ層１０６の形成を、ナノインプリント法によって行ってもよい。
また、スパッタリング法でニオブ層を成膜後、フォトリソグラフィによって加工してもよ
い。例えば、成膜したニオブ層上にフォトレジストを成膜、露光してマスクを形成し、水
酸化カリウム水溶液などのアルカリ溶液を用いてエッチングすることによって、加工され
たニオブ層１０６を形成することができる。
以上のような工程によって、正極集電体として機能するバナジウム層１０４および負極集
電体として機能するニオブ層１０６を形成することができる。
次に、形成したバナジウム層１０４およびニオブ層１０６に対して、酸素プラズマ処理、
ラジカル酸化処理、陽極酸化処理、または熱酸化処理などの酸化処理を行う（図２（Ａ）
参照。）。
該酸化処理によって、バナジウム層１０４表面が酸化されることによって酸化バナジウム
層１０８、ニオブ層１０６表面が酸化されることによって酸化ニオブ層１１０が形成され
る（図２（Ｂ）参照。）。また、陽極酸化処理は、形成する酸化膜の厚膜化が可能である
ため、酸化バナジウム層１０８および酸化ニオブ層１１０の厚膜化を行うのに適している
。
次に、酸化バナジウム層１０８および酸化ニオブ層１１０と接する固体電解質層１１２を
形成する。固体電解質層１１２として、例えばＬｉＰＯＮを用いればよい。ＬｉＰＯＮは
、スパッタリング法により形成することができ、Ｌｉ３ＰＯ４ターゲットを用い、反応ガ
スに窒素ガスを含んだ反応性スパッタリング法を用いることができる。膜厚は、１００ｎ
ｍ以上１０μｍ以下とすればよい。また、メタルマスクを用いて成膜することによって、
特に加工などの工程を必要とせず、所望の形状を有する固体電解質層１１２を形成するこ
とができる。
また、ナノインプリント法またはフォトリソグラフィを用いて形成させてもよい。
次に、固体電解質層１１２を介し、酸化ニオブ層１１０と重畳してリチウム層１１６を形
成する（図２（Ｃ）参照。）。リチウム層１１６は、例えば蒸着法またはスパッタリング
法などにより形成すればよい。膜厚は、プレドープに必要な量に応じて、適宜決めればよ
い。なお、酸化バナジウム層１０８または酸化ニオブ層１１０の少なくとも一方と重畳す
ればよく、被形成面の全面に形成されていてもよい。また、図１（Ｃ）において、リチウ
ム層１１６は、酸化ニオブ層１１０と重畳して形成されているが、リチウム層１１６と酸
化ニオブ層１１０は直接接していてもよい。直接、リチウム層１１６と酸化ニオブ層１１
０が接することによって、リチウムの酸化ニオブ層１１０へのプレドープが、特に電界の
印加などの処理を必要とせず行えるため好ましい。なお、酸化バナジウム層１０８へのプ
レドープに関しても同様である。
次に、リチウム層１１６、固体電解質層１１２、酸化バナジウム層１０８および酸化ニオ
ブ層１１０を覆って、封止層１１４を形成する（図２（Ｄ）参照。）。封止層１１４は、
例えばエポキシ樹脂を用いればよい。封止層１１４を設けることによって、蓄電素子２０
０が外気に曝されるのを防ぐことによって、蓄電素子２００の劣化を抑制することができ
る。
以上のような工程によって、図１（Ｃ）に示す蓄電素子２００を作製することができる。
本発明の一態様に示すように、正極集電体層および負極集電体層に酸化処理を行うことに
よって、正極集電体層表面に正極活物質層を形成すると共に、負極集電体層表面に負極活
物質層を形成することができる。そのため、作製プロセスを簡略化することができ、それ
に伴って製造コストも減少させることができる。
本発明の一態様により、同一平面上に正極および負極を設けた蓄電素子において、作製プ
ロセスを簡略化させることが可能な蓄電素子および蓄電素子の作製方法を提供することが
できる。
（実施の形態２）
本実施の形態は、実施の形態１で示した蓄電装置９００において、複数の蓄電素子２００
を配線で電気的に接続させたものである。つまり、本実施の形態は、複数の蓄電素子２０
１が、同一平面上に複数配置された蓄電装置９０１において、複数の蓄電素子２０１は配
線２１８によって電気的に接続されている。それによって蓄電素子２０１は直列または並
列に接続されている。
また、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、正極集電体層としてバナジウム層、正
極活物質層として酸化バナジウム層、負極集電体層としてニオブ層、負極活物質層として
酸化ニオブ層を用いた蓄電素子および蓄電装置について説明する。
また、本実施の形態は、上記直列または並列を切り替える切り替え手段（スイッチともい
う。）を備えていてもよく、切り替え手段としては、例えばトランジスタなどを有する半
導体装置を用いればよい。
図３（Ａ）に、蓄電装置９０１の上面図を示す。図３（Ａ）に示すように、蓄電素子２０
１が複数配置され、それぞれ配線２１８によって電気的に接続されている。なお、特に図
示しないが、各蓄電素子２０１間において、電気的に接続するスイッチを設けることがで
きる。図３（Ｂ）は蓄電素子２０１の上面図を示し、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）における一
点鎖線Ａ−Ｂにおける断面図を示す。なお、蓄電素子２０１と、実施の形態１における蓄
電素子２００との違いは、バナジウム層２０４およびニオブ層２０６と接続する配線２１
８の有無である。
配線２１８は、導電率が大きい材料であることが好ましい。配線２１８は、金（Ａｕ）、
白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）
、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素を含む金
属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜
、窒化タングステン膜等）を用いることができる。
配線２１８の形成は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法などによって行うことができ
る。また、上記方法によって形成時に、メタルマスクを用いることによって、加工するた
めの工程を必要とせず、所望の形状を得ることができる。また、ナノインプリント法によ
って形成することによっても、同様に加工するための工程を必要とせず、所望の形状を得
ることができる。
前述したように、複数の蓄電素子２０１は配線２１８によって電気的に接続されており、
さらに、該蓄電素子２０１の接続を切り換えるスイッチが設けられている。該スイッチは
、トランジスタなどを有する半導体装置によって形成することができる。該半導体装置は
、蓄電素子２０１と同一平面上に設けられている構成とすることができるが、該半導体装
置を設けることによって、蓄電素子２０１を設けるためのスペースが減少してしまう。そ
のため、半導体装置と蓄電素子２０１は異なる層に形成することが好ましく、例えば基板
上に半導体装置を形成後、該半導体装置の上層に、蓄電素子２０１を形成する。
次に、図４および図５を用いて、半導体装置（ここではトランジスタ５０１を示す。）と
、蓄電素子２０１を積層させた構造の作製方法について説明する。なお、以下に示すトラ
ンジスタ５０１はあくまで一例であり、これに限られるものではない。
＜トランジスタ５０１の作製方法＞まず、基板１００を準備する。基板１００に大きな制
限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐え得る程度の耐熱性を有している必要がある。
例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板１００と
して用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導
体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などを適用することも可能である。
また、基板１００として、可とう性基板を用いてもよい。なお、可とう性基板上にトラン
ジスタを設ける方法としては、非可とう性の基板上にトランジスタを作製した後、トラン
ジスタを剥離し、可とう性基板である基板１００に転置する方法もある。その場合には、
非可とう性基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。
次に、下地絶縁膜５０２を成膜する。下地絶縁膜５０２は、酸化アルミニウム、酸化マグ
ネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ゲ
ルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化
ハフニウムおよび酸化タンタルを含む材料から一種以上選択して、単層で、または積層で
用いればよい。
次に、半導体層５０４となる半導体膜は、シリコン、ゲルマニウムなどの第１４族元素、
Ｉｎ−Ｇａ―Ｚｎ−Ｏなどの金属酸化物を用いればよい。半導体層５０４となる半導体膜
はスパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＡＬＤ法またはＰＬＤ法を用いて成膜すれば
よい。
次に、半導体層５０４となる半導体膜を加工し、島状に加工された半導体層５０４を形成
する。例えばフォトリソグラフィ法によって形成したレジストマスクを用い、エッチング
処理を行って、所望の形状の半導体層５０４を形成する。
次に、ゲート絶縁膜５０６を成膜する（図４（Ａ）参照。）。ゲート絶縁膜５０６は、酸
化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコ
ン、窒化シリコン、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ラン
タン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを含む材料から一種以上選択し
て、単層で、または積層で用いればよい。ゲート絶縁膜５０６は、スパッタリング法、Ｃ
ＶＤ法、ＭＢＥ法、ＡＬＤ法またはＰＬＤ法を用いて成膜すればよい。
次に、ゲート電極５０８となる導電膜を成膜する。該導電膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ
、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、ＴａおよびＷを含む、単体、窒化物、酸化物また
は合金を、単層で、または積層で用いればよい。また、該導電膜は、スパッタリング法、
ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＡＬＤ法またはＰＬＤ法を用いて成膜すればよい。
次に、前記導電膜を加工してゲート電極５０８を形成し、該ゲート電極５０８をマスクと
し、半導体層５０４中でキャリアを生成する不純物を添加する（図４（Ｂ）参照。）。
半導体層５０４に不純物を添加することによって、不純物が添加されないチャネル領域５
０３および不純物が添加される低抵抗領域５０５が形成される（図４（Ｃ）参照。）。不
純物としては、例えば半導体層がシリコンやＩｎ−Ｇａ―Ｚｎ−Ｏなどの金属酸化物の場
合、リンまたはボロンなどを添加すればよい。
次に、層間絶縁膜５１０を形成する。層間絶縁膜５１０は、下地絶縁膜５０２と同様の材
料および方法によって形成すればよい。
次に、層間絶縁膜５１０を加工し、半導体層５０４と接する配線２１８を形成する。配線
２１８は、配線２１８となる導電膜を加工することによって、形成することができる（図
４（Ｄ）参照。）。また、本実施の形態において、配線２１８はトランジスタ５０１の半
導体層５０４と接続する構造を示しているが、これに限らない。例えば、ゲート電極５０
８と配線２１８が接続されている構造でも構わない。
以上のようにしてトランジスタ５０１を作製することができる。
＜蓄電素子２０１の作製方法＞
次に、以上のようにして作製したトランジスタ５０１上に蓄電素子２０１を形成する方法
について、以下に説明する。
まず、層間絶縁膜５１０上にバナジウム層２０４を形成する。バナジウム層２０４は、例
えばスパッタリング法を用いて形成することができる。バナジウムは導電率が高いため、
ＤＣ電源を用いたスパッタリング法により形成することが好ましい。膜厚は１００ｎｍ以
上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上３μｍ以下である。
バナジウム層２０４は、実施の形態１にて述べたバナジウム層１０４と同様の材料、方法
で形成することができる。
次に、層間絶縁膜５１０上にニオブ層２０６を形成する。ニオブ層２０６は、例えばスパ
ッタリング法を用いて形成することができる。ニオブは導電率が高いため、ＤＣ電源を用
いたスパッタリング法により形成することが好ましい。膜厚は１００ｎｍ以上１０μｍ以
下、好ましくは１μｍ以上３μｍ以下である。
ニオブ層２０６は、実施の形態１にて述べたニオブ層１０６と同様の材料、方法で形成す
ることができる。
以上のような工程によって、正極集電体として機能するバナジウム層２０４および負極集
電体として機能するニオブ層２０６を形成することができる。
次に、形成したバナジウム層２０４およびニオブ層２０６に対して、酸素プラズマ処理、
ラジカル酸化処理、陽極酸化処理、または熱酸化処理などの酸化処理を行う（図５（Ａ）
参照。）。
上記酸化処理によって、バナジウム層２０４表面が酸化されることによって酸化バナジウ
ム層２０８、ニオブ層２０６表面が酸化されることによって酸化ニオブ層２１０が形成さ
れる（図５（Ｂ）参照。）。
次に、酸化バナジウム層２０８および酸化ニオブ層２１０と接する固体電解質層１１２を
形成する。固体電解質層１１２は実施の形態１にて述べた固体電解質層１１２と同様の材
料、方法、膜厚で形成することができる。
次に、固体電解質層１１２を介し、酸化ニオブ層２１０と重畳してリチウム層１１６を形
成する（図５（Ｃ）参照。）。リチウム層１１６は実施の形態１にて述べたリチウム層１
１６と同様の方法で形成することができる。
次に、リチウム層１１６、固体電解質層１１２、酸化バナジウム層２０８および酸化ニオ
ブ層２１０を覆って、封止層１１４を形成する（図５（Ｄ）参照。）。封止層１１４は実
施の形態１にて述べた封止層１１４と同様の材料、方法で形成することができる。
なお、バナジウム層２０４およびニオブ層２０６に対して、酸化処理を行うことによって
、酸化バナジウム層２０８および酸化ニオブ層２１０が形成されることを図５（Ｂ）に示
したが、該酸化処理によって、配線２１８の表面も酸化されてもよい。例えば配線２１８
にアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いた場合、上記酸化処理によって、アルミニ
ウム表面が酸化されて、不動態である酸化アルミニウムが形成される。このように、配線
２１８の表面に金属酸化膜２２０を形成させて作製した蓄電素子２０２（図６参照。）は
、外気からの水分などによる配線の劣化に強く、信頼性の高い蓄電装置を作製することが
できる。
以上のような工程によって、トランジスタ５０１上の蓄電素子２０１を作製することがで
きる。
次に、図３（Ａ）に示した、複数の蓄電素子２０１が配線２１８によって電気的に接続さ
れた蓄電装置９０１について、図７（Ａ）に接続状態を表すブロック図を示す。なお、蓄
電素子群３００は、複数の蓄電素子２０１を示している。
図７（Ｂ）に示すように、蓄電素子群３００は、複数の蓄電素子２０１が互いに接続され
ており、さらに隣接する蓄電素子２０１間に複数のスイッチ４００が設けられている。
このスイッチ４００によって、配線２１８の接続状態を切り換えることによって、蓄電素
子群３００における蓄電素子２０１を、直列接続または並列接続に切り換えることができ
る。また、直列および並列を組み合わせた直並列接続とすることもできる。
例えば、図８（Ａ）に示すようにスイッチ４００の接続を切り換えることによって、蓄電
素子２０１は直列に接続される。
また、図８（Ｂ）に示すようにスイッチ４００の接続を切り換えることによって、蓄電素
子２０１は並列に接続される。
以上に示したように、スイッチ４００の接続を切り換えることによって、複数の蓄電素子
２０１を、容易に直列接続または並列接続と切り換えることができる。それにより、例え
ば高起電力を必要とする場合は、蓄電素子２０１を直列に接続することによって、接続す
る素子数に応じて、起電力を高めることができる。また、蓄電素子２０１を並列に接続す
ることによって、各蓄電素子２０１を一度に充電することができ、充電時間を短縮させる
ことができる。
また、本実施の形態により、直列に接続する蓄電素子の数によって、種々の電位を供給す
ることができ、またそれは同時に行うことも可能である。例えばＬＳＩなどの複数の素子
（ＣＰＵ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなど。）により形成された回路においては、該素子によっ
て必要とする電位が異なるため、複数の電源回路が必要となる。しかし本実施の形態にお
ける蓄電装置を用いると、種々の電位を同時に供給することができるため、上記示したよ
うに、複数の電源回路を必要としない。そのため、回路の縮小およびコストダウンなどが
可能となる。
本発明の一態様に示すように、正極集電体層および負極集電体層に酸化処理を行うことに
よって、正極集電体層表面に正極活物質層を形成すると共に、負極集電体層表面に負極活
物質層を形成することができる。そのため、作製プロセスを簡略化することができ、それ
に伴って製造コストも減少させることができる。
本発明の一態様により、同一平面上に正極および負極を設けた蓄電素子において、作製プ
ロセスを簡略化させることが可能な蓄電素子および蓄電素子の作製方法、ならびに蓄電装
置を提供することができる。
なお、図７および図８に示した回路図は一例であり、蓄電素子２０１およびスイッチ４０
０などの配置は、適宜変更した回路を用いてもよい。
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１および実施の形態２で説明した蓄電装置の応用形態につ
いて図９を用いて説明する。
本発明の一態様に係る蓄電装置を用いた電気機器の具体例として、表示装置、照明装置、
デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖ
ｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画または動画を再生する
画像再生装置、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デ
ジタルスチルカメラ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、エアコ
ンディショナーなどの空調設備、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存
用冷凍庫、透析装置などが挙げられる。また、蓄電装置からの電力を用いて電動機により
推進する移動体なども、電気機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例え
ば、電気自動車、内燃機関と電動機を併せ持った複合型自動車（ハイブリッドカー）、電
動アシスト自転車を含む原動機付自転車などが挙げられる。
上記電気機器において、消費電力の殆ど全てを賄うための蓄電装置（主電源と呼ぶ）とし
て、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。或いは、上記電気機器におい
て、主電源や商用電源からの電力の供給が停止した場合に、上記電気機器への電力の供給
を行うことができる蓄電装置（無停電電源と呼ぶ）として、本発明の一態様に係る蓄電装
置を用いることができる。或いは、上記電気機器において、主電源や商用電源からの電力
の供給と並行して、上記電気機器への電力の供給を行うための蓄電装置（補助電源と呼ぶ
）として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。
図９に、上記電気機器の具体的な構成を示す。図９において、表示装置５０００は、本発
明の一態様に係る蓄電装置５００４を用いた電気機器の一例である。具体的に、表示装置
５０００は、ＴＶ放送受信用の表示装置に相当し、筐体５００１、表示部５００２、スピ
ーカー部５００３、蓄電装置５００４等を有する。本発明の一態様に係る蓄電装置５００
４は、筐体５００１の内部に設けられている。表示装置５０００は、商用電源から電力の
供給を受けることもできるし、蓄電装置５００４に蓄積された電力を用いることもできる
。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態
様に係る蓄電装置５００４を無停電電源として用いることで、表示装置５０００の利用が
可能となる。
表示部５００２には、液晶表示装置、有機ＥＬ素子などの発光素子を各画素に備えた発光
装置、電気泳動表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉ
ｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ
Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの、半導体表示装置を用いることができる。
なお、表示装置には、ＴＶ放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など
、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
図９において、据え付け型の照明装置５１００は、本発明の一態様に係る蓄電装置５１０
３を用いた電気機器の一例である。具体的に、照明装置５１００は、筐体５１０１、光源
５１０２、蓄電装置５１０３等を有する。図９では、蓄電装置５１０３が、筐体５１０１
及び光源５１０２が据え付けられた天井５１０４の内部に設けられている場合を例示して
いるが、蓄電装置５１０３は、筐体５１０１の内部に設けられていても良い。照明装置５
１００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置５１０３に蓄積さ
れた電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受け
られない時でも、本発明の一態様に係る蓄電装置５１０３を無停電電源として用いること
で、照明装置５１００の利用が可能となる。
なお、図９では天井５１０４に設けられた据え付け型の照明装置５１００を例示している
が、本発明の一態様に係る蓄電装置は、天井５１０４以外、例えば側壁５１０５、床５１
０６、窓５１０７等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型
の照明装置などに用いることもできる。
また、光源５１０２には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができ
る。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤや有機ＥＬ素子などの発光
素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
図９において、室内機５２００及び室外機５２０４を有するエアコンディショナーは、本
発明の一態様に係る蓄電装置５２０３を用いた電気機器の一例である。具体的に、室内機
５２００は、筐体５２０１、送風口５２０２、蓄電装置５２０３等を有する。図９では、
蓄電装置５２０３が、室内機５２００に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置
５２０３は室外機５２０４に設けられていても良い。或いは、室内機５２００と室外機５
２０４の両方に、蓄電装置５２０３が設けられていても良い。エアコンディショナーは、
商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置５２０３に蓄積された電力を
用いることもできる。特に、室内機５２００と室外機５２０４の両方に蓄電装置５２０３
が設けられている場合、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、
本発明の一態様に係る蓄電装置５２０３を無停電電源として用いることで、エアコンディ
ショナーの利用が可能となる。
なお、図９では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例
示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを１つの筐体に有する一体型のエアコンデ
ィショナーに、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることもできる。
図９において、電気冷凍冷蔵庫５３００は、本発明の一態様に係る蓄電装置５３０４を用
いた電気機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫５３００は、筐体５３０１、冷蔵
室用扉５３０２、冷凍室用扉５３０３、蓄電装置５３０４等を有する。図９では、蓄電装
置５３０４が、筐体５３０１の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫５３００は、商用
電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置５３０４に蓄積された電力を用い
ることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも
、本発明の一態様に係る蓄電装置５３０４を無停電電源として用いることで、電気冷凍冷
蔵庫５３００の利用が可能となる。
なお、上述した電気機器のうち、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器などの電気
機器は、短時間で高い電力を必要とする。よって、商用電源では賄いきれない電力を補助
するための補助電源として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることで、電気機器の
使用時に商用電源のブレーカーが落ちるのを防ぐことができる。
また、電気機器が使用されない時間帯、特に、商用電源の供給元が供給可能な総電力量の
うち、実際に使用される電力量の割合（電力使用率と呼ぶ）が低い時間帯において、蓄電
装置に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑える
ことができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫５３００の場合、気温が低く、冷蔵室用扉５３０
２、冷凍室用扉５３０３の開閉が行われない夜間において、蓄電装置５３０４に電力を蓄
える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉５３０２、冷凍室用扉５３０３の開閉が行わ
れる昼間において、蓄電装置５３０４を補助電源として用いることで、昼間の電力使用率
を低く抑えることができる。
次に、電気機器の一例である携帯情報端末について、図１０を用いて説明する。
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は２つ折り可能なタブレット型端末である。図１０（Ａ）
は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、表示部９６３１ａ、表示部
９６３１ｂ、表示モード切り替えスイッチ９０３４、電源スイッチ９０３５、省電力モー
ド切り替えスイッチ９０３６、留め具９０３３、操作スイッチ９０３８、を有する。
表示部９６３１ａは、一部をタッチパネルの領域９６３２ａとすることができ、表示され
た操作キー９６３８にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部９６３
１ａにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域
がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部９６３
１ａの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部９６
３１ａの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部９６３１ｂを表示
画面として用いることができる。
また、表示部９６３１ｂにおいても表示部９６３１ａと同様に、表示部９６３１ｂの一部
をタッチパネルの領域９６３２ｂとすることができる。また、タッチパネルのキーボード
表示切り替えボタン９６３９が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで
表示部９６３１ｂにキーボードボタン表示することができる。
また、タッチパネルの領域９６３２ａとタッチパネルの領域９６３２ｂに対して同時にタ
ッチ入力することもできる。
また、表示モード切り替えスイッチ９０３４は、縦表示または横表示などの表示の向きを
切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えス
イッチ９０３６は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外光
の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光セン
サだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を
内蔵させてもよい。
また、図１０（Ａ）では表示部９６３１ｂと表示部９６３１ａの表示面積が同じ例を示し
ているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示
の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネル
としてもよい。
図１０（Ｂ）は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、太陽電池９６
３３、充放電制御回路９６３４、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有
する。なお、図１０（Ｂ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５
、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有する構成について示しており、バッテリー９６３５は
、上記実施の形態で説明した蓄電装置を有している。
なお、タブレット型端末は２つ折り可能なため、未使用時に筐体９６３０を閉じた状態に
することができる。従って、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂを保護できるため、耐
久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。
また、この他にも図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示したタブレット型端末は、様々な情
報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻など
を表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入
力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有するこ
とができる。
タブレット型端末の表面に装着された太陽電池９６３３によって、電力をタッチパネル、
表示部、または映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池９６３３は、
筐体９６３０の片面又は両面に設けることができ、バッテリー９６３５の充電を効率的に
行う構成とすることができる。なおバッテリー９６３５としては、本発明の一態様に係る
蓄電装置を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
また、図１０（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１０（Ｃ
）にブロック図を示し説明する。図１０（Ｃ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６
３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、
表示部９６３１について示しており、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６
、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が、図１０（Ｂ）に示す充放電制御回
路９６３４に対応する箇所となる。
まず、外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する
。太陽電池９６３３で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となる
ようＤＣＤＣコンバータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１
の動作に太陽電池９６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コ
ンバータ９６３７で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。ま
た、表示部９６３１での表示を行わない際には、スイッチＳＷ１をオフにし、スイッチＳ
Ｗ２をオンにしてバッテリー９６３５の充電を行う構成とすればよい。
なお、太陽電池９６３３については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、
圧電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段によるバ
ッテリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線（非接触）で電力を送
受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構
成としてもよい。
また、上記実施の形態で説明した蓄電装置を具備していれば、図１０に示した電気機器に
特に限定されないことは言うまでもない。
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
１００ 基板
１０２ 絶縁層
１０４ バナジウム層
１０６ ニオブ層
１０８ 酸化バナジウム層
１１０ 酸化ニオブ層
１１２ 固体電解質層
１１４ 封止層
１１６ リチウム層
２００ 蓄電素子
２０１ 蓄電素子
２０２ 蓄電素子
２０４ バナジウム層
２０６ ニオブ層
２０８ 酸化バナジウム層
２１０ 酸化ニオブ層
２１８ 配線
２２０ 金属酸化膜
３００ 蓄電素子群
４００ スイッチ
５０１ トランジスタ
５０２ 下地絶縁膜
５０３ チャネル領域
５０４ 半導体層
５０５ 低抵抗領域
５０６ ゲート絶縁膜
５０８ ゲート電極
５１０ 層間絶縁膜
９００ 蓄電装置
９０１ 蓄電装置
５０００ 表示装置
５００１ 筐体
５００２ 表示部
５００３ スピーカー部
５００４ 蓄電装置
５１００ 照明装置
５１０１ 筐体
５１０２ 光源
５１０３ 蓄電装置
５１０４ 天井
５１０５ 側壁
５１０６ 床
５１０７ 窓
５２００ 室内機
５２０１ 筐体
５２０２ 送風口
５２０３ 蓄電装置
５２０４ 室外機
５３００ 電気冷凍冷蔵庫
５３０１ 筐体
５３０２ 冷蔵室用扉
５３０３ 冷凍室用扉
５３０４ 蓄電装置
９０３３ 留め具
９０３４ スイッチ
９０３５ 電源スイッチ
９０３６ スイッチ
９０３８ 操作スイッチ
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３１ａ 表示部
９６３１ｂ 表示部
９６３２ａ 領域
９６３２ｂ 領域
９６３３ 太陽電池
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ ＤＣＤＣコンバータ
９６３７ コンバータ
９６３８ 操作キー
９６３９ ボタン

Claims (4)

  1. トランジスタと、複数の蓄電素子と、を有し、
    前記トランジスタは、
    ゲート電極と、半導体層と、前記ゲート電極と前記半導体層との間のゲート絶縁膜と、を有し、
    前記トランジスタ上に絶縁膜を有し、
    前記複数の蓄電素子の各々は、
    前記絶縁膜上の正極集電体層および負極集電体層と、
    前記正極集電体層の上面および側面を覆う正極活物質層と、
    前記負極集電体層の上面および側面を覆う負極活物質層と、
    前記正極活物質層上および前記負極活物質層上の固体電解質層と、
    前記固体電解質層上のリチウム層と、を有し、
    前記トランジスタは、配線を介して前記複数の蓄電素子と電気的に接続され、
    前記正極集電体層は、第１の金属元素を有し、
    前記負極集電体層は、第２の金属元素を有し、
    前記正極活物質層は、前記第１の金属元素の第１の金属酸化物を有し、
    前記負極活物質層は、前記第２の金属元素の第２の金属酸化物を有し、
    前記リチウム層は、前記正極活物質層または前記負極活物質層の少なくとも一方と重畳し、
    前記トランジスタは、前記複数の蓄電装置の接続を直列又は並列に切り替える機能を有することを特徴とする蓄電装置。
  2. 請求項１において、
    前記正極活物質層は、酸化バナジウムまたは酸化マンガンを有することを特徴とする蓄電装置。
  3. 請求項１又は請求項２において、
    前記負極活物質層は、酸化ニオブ、酸化銅、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化タングステン、酸化モリブデンまたは酸化タンタルを有することを特徴とする蓄電装置。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    前記固体電解質層は、リチウムおよび硫黄を有する化合物、リチウムおよび酸素を有する化合物、または酸化リチウムを有することを特徴とする蓄電装置。
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