WO2008072684A1 - 蓄電池 - Google Patents

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Kanji Otsuka
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Tama-Tlo Ltd.
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    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Definitions

  • the present invention relates to a capacitor-type storage battery.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a capacitor-type storage battery that has a short charge time, a long life, and a high output voltage. is there.
  • a capacitor-type storage battery according to the present invention includes a metal sheet connected to the first terminal,
  • the first metamaterial film is a polycrystalline semiconductor film, and in each of the crystal grains constituting the polycrystalline semiconductor film, the inside is the first conductivity type, and the vicinity of the interface is the second conductivity type.
  • Another capacitor-type storage battery includes a metal sheet connected to a first terminal, a first metamaterial film formed on a surface of the metal sheet, A first conductive film formed on the first metamaterial film and connected to a second terminal; and
  • the first metamaterial film is a polycrystalline semiconductor film, and a metal layer is located at a crystal interface in the polycrystalline semiconductor film.
  • Another capacitor-type storage battery includes a metal sheet connected to a first terminal, a first metamaterial film formed on a surface of the metal sheet,
  • the first metamaterial film is a polycrystalline semiconductor film, and an insulating layer is formed by oxidizing a crystal interface in the polycrystalline semiconductor film.
  • Another capacitor-type storage battery includes a metal sheet connected to a first terminal, a first metamaterial film formed on a surface of the metal sheet,
  • the first metamaterial film is a metal polycrystalline film, and an insulating layer, an intermetallic compound layer containing the metal, or a metal alloy or impurity containing the metal is present at a crystal interface in the metal polycrystalline film.
  • a solid solution is located.
  • the insulating layer includes the metal oxide, organic insulator, and inorganic insulator such as glass.
  • Another capacitor-type storage battery includes a metal sheet connected to a first terminal, a first metamaterial film formed on a surface of the metal sheet,
  • the first metamaterial film has a structure in which a first conductive type semiconductor layer and a second conductive type semiconductor layer are alternately stacked at least one layer at a time.
  • Another capacitor-type storage battery includes a metal sheet connected to a first terminal, a first metamaterial film formed on a surface of the metal sheet,
  • the first metamaterial film has a structure in which semiconductor films and metal layers are alternately stacked at least one layer at a time.
  • Another capacitor-type storage battery includes a metal sheet connected to a first terminal, a first metamaterial film formed on a surface of the metal sheet,
  • the first metamaterial film has a structure in which a plurality of semiconductor films are stacked, and an insulating layer is formed on the surface of the semiconductor film.
  • Another capacitor-type storage battery includes a metal sheet connected to a first terminal, a first metamaterial film formed on a surface of the metal sheet,
  • the first metamaterial film has a structure in which a conductor film having a thickness of 10 nm or more and lOOnm or less and an insulating film having a thickness of 2 nm or more and lOnm or less are alternately laminated at least one layer at a time.
  • the second metamaterial film according to the first example is a polycrystalline semiconductor film, and in each crystal grain constituting the polycrystalline semiconductor film, the inside is the first conductivity type, and the vicinity of the interface is formed. The side is the second conductivity type.
  • the second metamaterial film according to the second example is a polycrystalline semiconductor film, and a metal layer is located at a crystal interface in the polycrystalline semiconductor film.
  • the second metamaterial film according to the third example is a polycrystalline semiconductor film, and an insulating layer is formed by oxidizing a crystal interface in the polycrystalline semiconductor film.
  • the second metamaterial film according to the fourth example is a metal polycrystalline film, and an oxide layer of the metal or an intermetallic compound layer containing the metal is present at a crystal interface in the metal polycrystalline film. To position.
  • the second metamaterial film according to the fifth example has a structure in which a first conductive type semiconductor film and a second conductive type semiconductor film are alternately stacked at least one layer at a time.
  • the second metamaterial film according to the sixth example has a structure in which a plurality of semiconductor films are stacked, and a metal layer is located between the plurality of semiconductor films.
  • the second metamaterial film according to the seventh example has a structure in which a plurality of semiconductor films are stacked, and the surface of the semiconductor film is oxidized to form an insulating layer.
  • the second metamaterial film according to the eighth example has a structure in which a conductor film having a thickness of lOnm or more and lOOnm or less and an insulating film having a thickness of 2 nm or more and 10 nm or less are alternately laminated at least one layer at a time.
  • a laminate of the metal film, the first and second metamaterial films, and the first and second conductive films is preferably wound into a roll shape.
  • Another capacitor-type storage battery includes a metal sheet connected to a first terminal, a first metamaterial film formed on a surface of the metal sheet,
  • the first metamaterial film is a polycrystalline semiconductor film, and a crystal interface in the polycrystalline semiconductor film is a pn junction, a Schottky connection, or a tunnel connection.
  • an oxide insulating film is formed on the surface of the metal sheet.
  • the first metamaterial film is formed on the oxide insulating film.
  • a capacitor-type storage battery that does not use an electrolyte can be provided. For this reason, the charging time is shortened compared to the conventional case. In addition, the life of the storage battery is extended. In addition, since the output voltage of the storage battery is determined by the breakdown voltage of the oxide insulating film and the metamaterial film, the output voltage of the storage battery can be increased as compared with the conventional case.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a storage battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a longitudinal section of a capacitor-type storage battery according to an embodiment of the present invention.
  • This storage battery is obtained by winding a storage sheet 1 around a reel 3 in a roll shape.
  • FIG. 1 shows a cross section for explaining the configuration of the electricity storage sheet 1.
  • Storage sheet 1 is
  • the oxide insulating film 10a is formed by oxidizing the front and back surfaces of the conductive sheet 10, respectively. Further, metamaterial films 13 and 14 are formed on the two oxide insulating films 10a, respectively, and conductive films 11 and 12 are formed on the metamaterial films 13 and 14, respectively.
  • the conductive sheet 10 is, for example, an Mg—Al alloy and has a thickness of 0.1 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • Oxide insulating film 10a has, for example, a spinel structure (cubic closest packing, 4: 6: 4 coordination, AB 0) or a rock salt structure.
  • the conductive films 11 and 12 are, for example, metal films (for example, eight films) having a thickness of 0 ⁇ 05 to 5 111, and are formed by, for example, a sputtering method.
  • the electrically conductive films 11 and 12 can also be formed by CVD method.
  • the conductive film 12 is exposed at the end of the electricity storage sheet 1.
  • a terminal 21 for applying a voltage to the conductive film 12 is connected to the exposed portion.
  • the conductive film 11, the metamaterial film 13, and the oxide insulating film 10 a are removed from the rear end portion of the power storage sheet 1, and the conductive sheet 10 is exposed.
  • a terminal 22 is connected to the exposed portion to apply the other voltage to the conductive sheet 10.
  • the conductive film 11 becomes a series capacitor connection circuit having an intermediate voltage, and charges are accumulated. For this reason, it becomes metal conduction compared with the current through the electrolyte, and the charging time is shortened compared with the conventional current.
  • the potential difference between the terminals 21 and 22, that is, the upper limit value of the operating voltage of the storage battery is determined by the total breakdown voltage of the oxide insulating film 10a and the metamaterial films 13 and 14.
  • the oxide insulating film 10a is a magnesium oxide film having a thickness of lOOnm
  • the withstand voltage of the oxide insulating film 10a is lkV.
  • the breakdown voltage of metamaterials varies greatly from the power V to 100 V depending on the film formation structure, and is added to the breakdown voltage of the oxide insulation film. For this reason, it is possible to increase the operating voltage of the storage battery compared to the conventional case.
  • the oxide insulating film 10a and the metamaterial films 13 and 14 have a defect
  • the oxide insulating film 10a and the metamaterial films 13 and 14 are completely cut off at the portion where the defect exists. The edge breaks and discharge occurs. By this discharge, the conductive film 11 located on the defective portion can be evaporated, and the defective portion can be prevented from affecting the operation of the storage battery.
  • the metamaterial films 13 and 14 are polycrystalline semiconductor films.
  • the inside is the first conductivity type (for example, n-type), and the vicinity of the interface is By becoming the second conductivity type (for example, p-type), the vicinity of the crystal interface in the polycrystalline semiconductor film is a pn junction.
  • Such a configuration can be formed by, for example, the following steps. First, it has a first conductivity type impurity (for example, a Group V impurity such as P) and a second conductivity type impurity (for example, a Group III impurity such as B) having a diffusion coefficient larger than that of the first conductivity type impurity.
  • a polycrystalline semiconductor film for example, a polycrystalline silicon film
  • This polycrystalline semiconductor film can be formed by introducing impurity gases (for example, B H and PH) of the first conductivity type and the second conductivity type into the source gas (for example, silane-based gas). In this state
  • the conductivity type of the polycrystalline semiconductor film is preferably neutral.
  • the other crystal semiconductor film is instantaneously heated (for example, laser annealing).
  • the impurity introduced into the polycrystalline semiconductor film has a larger diffusion coefficient in the polycrystalline semiconductor film in the second conductivity type than in the first conductivity type.
  • the first conductivity type impurity moves to the vicinity of the crystal grain boundary of the polycrystalline semiconductor film, and in each crystal grain constituting the polycrystalline semiconductor film, the inside is the first conductivity type, and the vicinity of the interface is the first conductivity type.
  • 2 Conductive type The impurity moves to the vicinity of the grain boundary because it is more stable in energy.
  • the polycrystalline semiconductor film may be a Ge film, an A1N film, a BN film, or a GaN film.
  • the metamaterial films 13 and 14 are polycrystalline semiconductor films. Since the metal layer is located at the crystal interface in the polycrystalline semiconductor film, the interface becomes a Schottky connection. Yes. The metal layer is formed over almost the entire area of the crystal interface so that adjacent crystals are not in direct contact with each other. The thickness of the metal layer is, for example, 2 nm or more and 50 nm or less. [0031] Such a configuration can be formed, for example, by the following steps. First, a polycrystalline semiconductor film (for example, a polycrystalline silicon film) having a metal such as Cu or A1 is formed. The number of metal atoms contained in the polycrystalline semiconductor film is, for example, 10 1Q to 10 2 ° m 3 .
  • the polycrystalline semiconductor film is instantaneously heated (for example, laser annealing) to move the metal to the crystal grain boundary of the polycrystalline semiconductor film, thereby forming a metal layer at the crystal interface in the crystalline semiconductor film.
  • the metal moves to the grain boundary by instantaneous heating to form a metal layer because it is more stable in energy.
  • the polycrystalline semiconductor film may be a Ge film, an A1N film, a BN film, or a GaN film.
  • the metamaterial films 13 and 14 are polycrystalline semiconductor films, and the crystalline interface force in the polycrystalline semiconductor film is oxidized to form an insulating layer. S tunnel connection.
  • the thickness of the oxide layer is, for example, not less than 2 nm and not more than 15 nm.
  • Such a configuration can be formed, for example, by the following steps. First, a polycrystalline semiconductor film (for example, a polycrystalline silicon film) is formed by a CVD method. Next, this polycrystalline semiconductor film is instantaneously heated (for example, laser annealing) in an oxidizing atmosphere. As a result, the crystal interface is selectively oxidized, and an insulating layer is formed at the crystal interface. The insulating layer is formed over substantially the entire crystal interface so that adjacent crystals do not directly contact each other.
  • the polycrystalline semiconductor film may be a Ge film, an A1N film, a BN film, or a GaN film.
  • the first method is applied to the polycrystalline semiconductor film by the same method as in the first example.
  • the vicinity of the crystal interface can be a pn junction instead of a tunnel connection.
  • the metamaterial films 13 and 14 are polycrystalline metal films, and an oxide layer of the metal, which is an insulating layer, is located at the crystal interface in the polycrystalline metal film.
  • the thickness of the oxide layer is, for example, not less than 2 nm and not more than 15 nm.
  • the oxide layer is formed over substantially the entire crystal interface so that adjacent crystals do not directly contact each other.
  • the size of the metal crystal is, for example, not less than 50 nm and not more than 5000 nm.
  • Such a configuration can be formed, for example, by the following steps. First, a metal polycrystalline film is formed by sputtering. Next, this metal polycrystalline film is flashed in an oxidizing atmosphere. Heat briefly (eg, laser annealing). As a result, the crystal interface is selectively oxidized, and an oxide layer is formed at the crystal interface.
  • the metal is, for example, Ni, Fe, Cu, Al, Mg, Ag, Sn, or Cr.
  • An inorganic insulating material such as an organic insulating film or glass may be located at the crystal interface in the metal polycrystalline film.
  • a structure can be formed by the following steps, for example. First, a dispersion material is coated on the surface of metal particles having a particle size of 50 nm to 5000 nm. This dispersion material suppresses aggregation of metal particles, and a general dispersion material that suppresses aggregation of nano metal particles can be used. Next, the metal particles are introduced into a solution in which the organic insulator or the facing insulator is dissolved, and the solvent of the solution is evaporated. As a result, a metal polycrystalline film in which an inorganic insulating material such as an organic insulating film or glass is located at the crystal interface is formed.
  • the crystal interface in the case where the polycrystalline metal film is formed of an oxide having a semiconductor characteristic, the crystal interface can be in a Schottky connection.
  • the metamaterial films 13 and 14 are metal polycrystalline films, and an intermetallic compound layer containing this metal or this metal is applied to the crystal interface in the metal polycrystalline film. Contains alloy or impurity solid solution layer. Each of these layers is formed over almost the entire area of the crystal interface so that adjacent crystals are not in direct contact with each other.
  • the thickness of the intermetallic compound layer, alloy layer, or impurity solid solution layer is, for example, 2 nm or more and 15 nm or less.
  • Such a configuration can be formed, for example, by the following steps. First, a metal polycrystalline film in which a second metal that forms an intermetallic compound with the first metal is added to the first metal by sputtering. Next, the metal polycrystalline film is instantaneously heated (for example, laser annealing). Thereby, an intermetallic compound layer is selectively formed from the crystal interface.
  • the metal polycrystalline film is, for example, an alloy such as Ni-Fe, Fe-Cr, Fe-Co, Al-Si, Al-Mg, Cu-Zn, or Cu-Sn.
  • the metamaterial films 13 and 14 are formed by alternately stacking at least one layer of a first conductivity type (eg, p-type) semiconductor layer and a second conductivity type (eg, n-type) semiconductor layer.
  • the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer have a pn junction between them.
  • the thickness of the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer is, for example, 2 nm. Above lOOnm.
  • Such a configuration can be formed by alternately stacking a first conductivity type semiconductor layer (for example, a polycrystalline silicon film) and a second conductivity type semiconductor layer (for example, a polycrystalline silicon film) by a CVD method.
  • a first conductivity type semiconductor layer for example, a polycrystalline silicon film
  • a second conductivity type semiconductor layer for example, a polycrystalline silicon film
  • This can be realized by introducing an impurity gas (for example, B H or PH) of the first conductivity type or the second conductivity type into the source gas (for example, silane-based gas).
  • the semiconductor layer may be a Ge film, an A1N film, a BN film, or a GaN film.
  • the metamaterial films 13 and 14 have a Schottky connection between the semiconductor films and metal layers by laminating them.
  • Such a configuration can be formed by repeatedly performing a step of forming a semiconductor film (for example, a polycrystalline silicon film) by a CVD method and a step of forming a metal layer on the semiconductor film by a sputtering method.
  • the number of times of stacking shall be one or more.
  • the semiconductor film may be a Ge film, an A1N film, a BN film, or a GaN film.
  • the metamaterial films 13 and 14 have a structure in which a plurality of semiconductor films are laminated, and an insulating layer is formed on the surface of these semiconductor films, so that an interlayer between the plurality of semiconductor films is formed. It is a channel connection.
  • the number of stacked semiconductor films is two or more.
  • Such a configuration can be formed by repeatedly performing a process of forming a semiconductor film (eg, a polycrystalline silicon film) by a CVD method and a step of thermally oxidizing or plasma oxidizing the surface of the semiconductor film. .
  • the number of repetitions shall be one or more.
  • the semiconductor film may be a Ge film, an A1N film, a BN film, or a GaN film.
  • the metamaterial films 13 and 14 have a structure in which a conductor film having a thickness of lOnm or more and lOOnm or less and an insulating film having a thickness of 2nm or more and 10nm or less are alternately laminated at least one layer at a time.
  • Such a configuration can be formed by repeatedly performing a step of forming a conductor film (for example, a metal film) by a sputtering method and a step of thermally oxidizing or plasma oxidizing the surface of the semiconductor film. The number of repetitions shall be one or more.
  • the metamaterial films 13 and 14 preferably have a relative dielectric constant of 1000 or more in order to increase the capacity of the storage battery.
  • the relative permittivity is 1000 or more and the relative permeability is 10 or more in order to increase the capacity of the storage battery. Is preferred.
  • the metamaterial film 13 and the metamaterial film 14 are different from each other in the first to ninth examples described above (for example, the metamaterial film 13 is the first example, and the metamaterial film 14 is the first one. Example 2)!
  • FIG. 2 shows the types of polarisers and the polarization frequency characteristics.
  • the phenomenon of polarization due to the movement of carriers in a semiconductor block with a certain volume as shown in Fig. 2 is called polarization due to space charge distribution. Since it takes time force S until the distribution state settles, polarization occurs only at a low frequency. Also, the larger the volume, the more time it takes for the carriers to move, and thus polarization at a lower frequency. In a capacitor-type storage battery, the current is almost direct current, so that the effect of polarization at a low frequency can be utilized.
  • barriers include pn junctions, Schottky junctions, and tunnel connections.
  • a metal or alloy having an electrical resistance or an intermetallic compound a similar effect can be achieved by forming a thin insulating layer of, for example, 10 mm or less at the interface of the polycrystalline particles.
  • a counter electrode such as a capacitor, the effect is the same if a layer structure that can extend infinitely in parallel to the cell electrode is used.
  • Oxide insulating layer 10a is shown. Dimensions perpendicular to the potential are shown in a layer structure. Oxide insulating layer 10a
  • the thickness of the metamaterial film responds to the rapid charge and rapid discharge time, it is appropriate that the thickness of one cell is 10nm to lOOnm.
  • the effective relative permittivity is about 1000 forces, and about 10,000. With this thickness, a 1 to 10 layer structure can be an appropriate value in manufacturing.
  • Polycrystals are desirable to limit the planar polarization to the dynamic potential change in the plane direction. If the metamaterial film is about lOOnm, it can have sufficient flexibility and there is no structural problem.
  • the withstand voltage is proportionally added by the number of polycrystal electrodes in the Z direction.
  • the conductive sheet 10 is manufactured.
  • the front and back surfaces of the conductive sheet 10 are oxidized to form an oxide insulating film 10a.
  • This oxidation treatment is performed by, for example, a plasma oxidation method or a thermal oxidation method. Is called.
  • the oxide insulating film 10a is not formed on the end portion of the conductive sheet 10.
  • the metamaterial films 13 and 14 are formed on the conductive sheet 10 by the method described above.
  • conductive films 11 and 12 are formed on the metamaterial films 13 and 14 by sputtering or the like. Thereafter, the terminal 22 is connected to the conductive sheet 10 and the terminal 21 is connected to the conductive film 11.
  • a capacitor-type storage battery that does not use an electrolyte can be provided.
  • C I is the capacity of the oxide insulating film 10a
  • C2 is the capacity of the metamaterial film 13.
  • the metamaterial film may be configured to have insulation at the atomic level instead of tunnel connection.
  • the polycrystalline semiconductor film is laser-annealed, and the polycrystalline semiconductor film is configured by moving the first conductivity type impurity to a vicinity of a crystal grain boundary of the polycrystalline semiconductor film.
  • Each of the crystal grains to be processed has a first conductivity type inside and a second conductivity type near the interface;
  • a method for manufacturing a capacitor-type storage battery comprising:
  • Forming a metal layer at a crystal interface in the polycrystalline semiconductor film by laser annealing the polycrystalline semiconductor film and moving the metal to a crystal grain boundary of the polycrystalline semiconductor film;
  • a method for manufacturing a capacitor-type storage battery comprising:
  • a method for manufacturing a capacitor-type storage battery comprising:
  • a method for manufacturing a capacitor-type storage battery comprising:
  • the present invention provides a capacitor that has a short charge time, a long life, and a high output voltage.
  • Type storage battery

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Abstract

本発明に係る蓄電池は、充電時間が短く、寿命が長く、かつ高出力電圧を実現できるキャパシタ型の蓄電池である。この蓄電池は、第１の端子２２に接続された金属シート１０と、金属シート１０の表面に形成された第１のメタマテリアル膜１３と、第１のメタマテリアル１３膜上に形成され、第２の端子２１に接続された第１の導電膜１２とを具備する。第１のメタマテリアル膜１３は多結晶半導体膜であり、この多結晶半導体膜を構成する結晶粒それぞれにおいて、内部が第１導電型であり、界面近傍が第２導電型になっている。金属シート１０の表面に酸化絶縁膜が形成されていても良い。

Description

明 細 書
蓄電池
技術分野
[0001] 本発明は、キャパシタ型の蓄電池に関する。
背景技術
[0002] 従来の蓄電池は電解質を用いるものが大半である。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 蓄電池に電解質を用いる場合、充電に時間を要する。また、電解質の劣化が生じ るため、蓄電池の寿命が短い。また、高出力電圧を実現するためには、複数の蓄電 池を直列に接続する必要があった。
[0004] 本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、充電時間 が短ぐ寿命が長ぐかつ高出力電圧を実現できるキャパシタ型の蓄電池を提供する ことにある。
課題を解決するための手段
[0005] 上記課題を解決するため、本発明に係るキャパシタ型の蓄電池は、第 1の端子に 接続された金属シートと、
前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶半導体膜を構成 する結晶粒それぞれにおいて、内部が第 1導電型であり、界面近傍が第 2導電型に なっている。
[0006] 本発明に係る他のキャパシタ型の蓄電池は、第 1の端子に接続された金属シートと 前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、 前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶半導体膜中の 結晶界面に金属層が位置している。
[0007] 本発明に係る他のキャパシタ型の蓄電池は、第 1の端子に接続された金属シートと 前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶半導体膜中の 結晶界面が酸化されて絶縁層が形成されている。
[0008] 本発明に係る他のキャパシタ型の蓄電池は、第 1の端子に接続された金属シートと 前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は金属の多結晶膜であり、該金属の多結晶膜中の結晶 界面には、絶縁層、前記金属を含む金属間化合物層、あるいは前記金属を含む合 金又は不純物固溶体が位置する。前記絶縁層には、前記金属の酸化物、有機絶縁 物、及びガラス等の無機絶縁物が含まれる。
[0009] 本発明に係る他のキャパシタ型の蓄電池は、第 1の端子に接続された金属シートと 前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は第 1導電型の半導体層と、第 2導電型の半導体層を 交互に少なくとも一層ずつ積層させた構造である。
[0010] 本発明に係る他のキャパシタ型の蓄電池は、第 1の端子に接続された金属シートと 前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は半導体膜と金属層を交互に少なくとも一層ずつ積層 させた構造である。
[0011] 本発明に係る他のキャパシタ型の蓄電池は、第 1の端子に接続された金属シートと 前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は複数の半導体膜を積層させた構造であり、前記半導 体膜の表面に絶縁層が形成されている。
[0012] 本発明に係る他のキャパシタ型の蓄電池は、第 1の端子に接続された金属シートと 前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は、厚さが 10nm以上 lOOnm以下の導体膜と厚さが 2 nm以上 lOnm以下の絶縁膜を少なくとも一層ずつ交互に積層させた構造である。
[0013] 前記金属シートの裏面に形成された第 2のメタマテリアル膜と、 前記第 2のメタマテリアル膜上に形成された第 2の導電膜と、
を具備してもよい。
[0014] 第 1の例に係る前記第 2のメタマテリアル膜は、多結晶半導体膜であり、前記多結 晶半導体膜を構成する結晶粒それぞれにおいて、内部が第 1導電型であり、界面近 傍が第 2導電型である。
第 2の例に係る前記第 2のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶 半導体膜中の結晶界面に金属層が位置している。
第 3の例に係る前記第 2のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶 半導体膜中の結晶界面が酸化されて絶縁層が形成されている。
第 4の例に係る前記第 2のメタマテリアル膜は金属の多結晶膜であり、該金属の多 結晶膜中の結晶界面には、前記金属の酸化層又は前記金属を含む金属間化合物 層が位置する。
[0015] 第 5の例に係る前記第 2のメタマテリアル膜は、第 1導電型の半導体膜と第 2導電型 の半導体膜を、少なくとも一層ずつ交互に積層させた構造である。
第 6の例に係る前記第 2のメタマテリアル膜は複数の半導体膜を積層させた構造で あり、前記複数の半導体膜の層間に金属層が位置する。
第 7の例に係る前記第 2のメタマテリアル膜は複数の半導体膜を積層させた構造で あり、前記半導体膜の表面が酸化されて絶縁層が形成されている。
第 8の例に係る前記第 2のメタマテリアル膜は、厚さが lOnm以上 lOOnm以下の導 体膜と厚さが 2nm以上 10nm以下の絶縁膜を少なくとも一層ずつ交互に積層させた 構造である。
[0016] 前記金属膜、前記第 1及び第 2のメタマテリアル膜、並びに前記第 1及び第 2の導 電膜の積層物がロール状に巻かれてレ、るのが好ましレ、。
[0017] 本発明に係る他のキャパシタ型の蓄電池は、第 1の端子に接続された金属シートと 前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶半導体膜中の 結晶界面が p— n接合、ショットキー接続、又はトンネル接続になっている。
[0018] 前記金属シートの表面に酸化絶縁膜が形成されているのが好ましい。この場合、前 記第 1のメタマテリアル膜は前記酸化絶縁膜上に形成されている。
発明の効果
[0019] 上記発明によれば、電解質を使用しないキャパシタ型の蓄電池を提供できる。この ため、従来と比較して充電時間が短くなる。また蓄電池の寿命が長くなる。また、前記 酸化絶縁膜とメタマテリアル膜の耐圧によって蓄電池の出力電圧が定まるため、従来 と比較して蓄電池の出力電圧を高くすることができる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]本発明の実施形態に係る蓄電池の断面図。
[図 2]分極子の種類と分極率、周波数の関係。
符号の説明
[0021] 1 · · ·蓄電シート
10 · · ·金属シート
10a…酸化絶縁膜
11、 12…導電膜
13, 14· · ·メタマテリアル膜
21 , 22…端子
3· · ·蓄電シートのリール
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図 1は本発明の実施 形態に係るキャパシタ型の蓄電池の縦断面の概略図である。この蓄電池は、リール 3 を中心に蓄電シート 1をロール状に巻き取ったものである。
[0023] 図 1の一部は蓄電シート 1の構成を説明する為に断面を示している。蓄電シート 1は
、導電シート 10の表面及び裏面それぞれを酸化することにより酸化絶縁膜 10aを形 成し、さらに 2つの酸化絶縁膜 10aそれぞれ上にメタマテリアル膜 13, 14を形成し、 さらにメタマテリアル膜 13, 14それぞれ上に導電膜 11 , 12を形成したものである。導 電シート 10は例えば Mg—Al合金であり、厚さが 0. 1 μ m〜200 μ mである。酸化絶 縁膜 10aは、例えばスピネル構造 (立方最密充填、 4 : 6 : 4配位、 AB 0 )または岩塩構
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造（立方最密充填、 6： 6配位、 AO)またはコランダム型 (六方最密充填、 6： 4配位、 A2 03)を単独あるいは混晶構造を有する 10匪以下の薄膜である。導電膜 11、 12は、例 えば厚さが 0· 05〜5 111の金属膜（例ぇば八1膜）でぁり、例えばスパッタリング法に より形成される。なお、導電膜 11、 12が他の導電体で形成される場合、導電膜 11、 1 2を CVD法により形成することもできる。
[0024] 蓄電シート 1の端部には導電膜 12が露出している。この露出している部分に、導電 膜 12に電圧を与えるための端子 21が接続されている。蓄電シート 1の裏面端部は導 電膜 11、メタマテリアル膜 13、および酸化絶縁膜 10aが取り除かれ、導電シート 10 が露出している。この露出している部分には、導電シート 10に他方の電圧を与えるた め端子 22が接続されている。そして、端子 21 , 22に所定の電位差を与えると、導電 膜 11 , 12が互いに接触した状態となり、導電シート 10、酸化絶縁膜 10a、メタマテリ アル膜 13, 14、及び導電膜 11 , 12の積層構造がキャパシタとして機能し、電荷が蓄 積される。また、巻き取られた状態で導電膜 11 , 12が相互に接触しない場合、導電 膜 11が中間電圧になった直列キャパシタ接続回路になり、電荷が蓄積される。この ため、従来の電解質経由電流に比べ、金属伝導になり、従来と比較して充電時間が 短くなる。
[0025] 端子 21 , 22の電位差すなわち蓄電池の動作電圧の上限値は、酸化絶縁膜 10aと メタマテリアル膜 13, 14の合計耐圧で定まる。例えば酸化絶縁膜 10aが厚さ lOOnm の酸化マグネシウム膜である場合、酸化絶縁膜 10aの絶縁耐圧は lkVになる。メタマ テリアルの耐圧はその成膜構造で大きく異なる力 数 Vから 100V程度となり、酸化絶 縁膜の耐圧に加算される。このため、従来と比較して蓄電池の動作電圧を高くするこ と力 Sできる。
[0026] また、酸化絶縁膜 10aおよびメタマテリアル膜 13, 14が欠陥を有する場合、端子 2 1 , 22の電位差を、蓄電池の動作電圧より十分高くすると、欠陥が存在する部分で絶 縁破壊して放電が生じる。この放電により、欠陥を有する部分上に位置する導電膜 1 1を蒸発させ、欠陥を有する部分が蓄電池の動作に影響を与えないようにすることが できる。
[0027] なお、導電シート 1を図 1のようにロール状に巻き取った場合でも、導電シート 1は導 電膜 11と 12同士が接触することになるため、電気的に問題は生じない。
[0028] 次に、メタマテリアル膜 13, 14の構成及びその製造方法について、複数の例をあ げて説明する。第 1の例においてメタマテリアル膜 13, 14は多結晶半導体膜であり、 この多結晶半導体膜を構成する結晶粒それぞれにおいて、内部が第 1導電型 (例え ば n型）であり、界面近傍が第 2導電型 (例えば p型）になることにより、多結晶半導体 膜中の結晶界面近傍が P— n接合になっている。
[0029] このような構成は、例えば以下の工程により形成することができる。まず第 1導電型 の不純物（例えば Pなどの V族の不純物）、及びこの第 1導電型の不純物より拡散係 数が大きい第 2導電型の不純物（例えば B等の III族の不純物）を有する多結晶半導 体膜 (例えば多結晶シリコン膜)を CVD法により形成する。この多結晶半導体膜は、 原料ガス（例えばシラン系のガス）に第 1導電型及び第 2導電型それぞれの不純物ガ ス（例えば B H及び PH )を導入することにより、形成すること力 Sできる。この状態に
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おいて、多結晶半導体膜の導電型は中性であるのが好ましい。次いで、他結晶半導 体膜を瞬間加熱 (例えばレーザーァニール)する。上記したように、多結晶半導体膜 に導入された不純物は、第 2導電型のほうが第 1導電型より多結晶半導体膜内の拡 散係数が大きい。このため、第 1導電型の不純物が多結晶半導体膜の結晶粒界の 近傍に移動し、多結晶半導体膜を構成する結晶粒それぞれにおいて、内部が第 1導 電型であり、界面近傍が第 2導電型になる。不純物が結晶粒界の近傍に移動するの は、このほうがエネルギー的に安定だからである。なお、多結晶半導体膜は、 Ge膜、 A1N膜、 BN膜、又は GaN膜であってもよい。
[0030] 第 2の例においてメタマテリアル膜 13, 14は、多結晶半導体膜であり、この多結晶 半導体膜中の結晶界面に金属層が位置することにより、該界面がショットキー接続に なっている。金属層は、隣接する結晶が相互に直接接触しないように、結晶界面の 略全域に形成されている。金属層の厚さは、例えば 2nm以上 50nm以下である。 [0031] このような構成は、例えば以下の工程により形成することができる。まず、 Cu又は A1 などの金属を有する多結晶半導体膜 (例えば多結晶シリコン膜)を形成する。多結晶 半導体膜に含まれる金属の原子数は、例えば 101Q〜102°個ん m3である。次いでこの 多結晶半導体膜を瞬間加熱 (例えばレーザーァニール)し、金属を多結晶半導体膜 の結晶粒界まで移動させることにより、結晶半導体膜中の結晶界面に金属層を形成 する。金属が瞬間加熱により結晶粒界まで移動して金属層を形成するのは、このほう がエネルギー的に安定だからである。なお、多結晶半導体膜は、 Ge膜、 A1N膜、 BN 膜、又は GaN膜であってもよい。
[0032] 第 3の例においてメタマテリアル膜 13, 14は多結晶半導体膜であり、この多結晶半 導体膜中の結晶界面が酸化されて絶縁層が形成されていることにより、該結晶界面 力 Sトンネル接続になっている。酸化層の厚さは、例えば 2nm以上 15nm以下である。
[0033] このような構成は、例えば以下の工程により形成することができる。まず多結晶半導 体膜 (例えば多結晶シリコン膜)を CVD法により形成する。次いで、この多結晶半導 体膜を酸化雰囲気中で瞬間加熱 (例えばレーザーァニール)する。これにより、結晶 界面が選択的に酸化され、結晶界面に絶縁層が形成される。絶縁層は、隣接する結 晶が相互に直接接触しないように、結晶界面の略全域に形成されている。なお、多 結晶半導体膜は、 Ge膜、 A1N膜、 BN膜、又は GaN膜であってもよい。
[0034] また第 3の例において、多結晶半導体膜が、酸化物が半導体の特性を示す物質に よって形成されている場合、多結晶半導体膜に、第 1の例と同様の手法により第 1及 び第 2導電型の不純物を導入しておくことにより、結晶界面近傍をトンネル接続では なく pn接合にすることができる。
[0035] 第 4の例においてメタマテリアル膜 13, 14は金属の多結晶膜であり、該金属の多結 晶膜中の結晶界面には、絶縁層であるこの金属の酸化層が位置する。酸化層の厚さ は、例えば 2nm以上 15nm以下である。酸化層は、隣接する結晶が相互に直接接 触しないように、結晶界面の略全域に形成されている。なお、金属の結晶の大きさは 、例えば 50nm以上 5000nm以下である。
[0036] このような構成は、例えば以下の工程により形成することができる。まず金属多結晶 膜をスパッタリング法により形成する。次いでこの金属多結晶膜を酸化雰囲気中で瞬 間加熱 (例えばレーザーァニール)する。これにより、結晶界面が選択的に酸化され 、結晶界面に酸化層が形成される。なお、金属は、例えば Ni、 Fe、 Cu、 Al、 Mg、 Ag 、 Sn、又は Crである。
[0037] なお、金属の多結晶膜中の結晶界面には、有機絶縁膜又はガラス等の無機絶縁 物が位置していても良い。このような構成は、例えば以下の工程により形成することが できる。まず、粒径が 50nm〜5000nmの金属粒子の表面に分散材をコーティング する。この分散材は、金属粒子の凝集を抑制するものであり、ナノ金属粒子の凝集を 抑制する一般的な分散材を利用することができる。次いで、金属粒子を有機絶縁物 又は向き絶縁物が溶解している溶液の中に導入し、この溶液の溶媒を蒸発させる。こ れにより、結晶界面に有機絶縁膜又はガラス等の無機絶縁物が位置する金属多結 晶膜が形成される。
[0038] また第 4の例において、多結晶金属膜が、酸化物が半導体の特性を示す物質によ つて形成されてレ、る場合、結晶界面をショットキー接続にすることが可能である。
[0039] 第 5の例においてメタマテリアル膜 13, 14は金属の多結晶膜であり、該金属の多結 晶膜中の結晶界面には、この金属を含む金属間化合物層、あるいはこの金属を含む 合金又は不純物固溶体層が位置する。これら各層は、隣接する結晶が相互に直接 接触しないように、結晶界面の略全域に形成されている。金属間化合物層、合金層、 又は不純物固溶体層の厚さは、例えば 2nm以上 15nm以下である。
[0040] このような構成は、例えば以下の工程により形成することができる。まず第 1の金属 に、該第 1の金属と金属間化合物を形成する第 2の金属を添加した金属多結晶膜を スパッタリング法により形成する。次いで、この金属多結晶膜を瞬間加熱 (例えばレー ザーァニール)する。これにより、結晶界面から選択的に金属間化合物層が形成され る。なお、金属多結晶膜は例えば Ni-Fe、 Fe- Cr、 Fe- Co、 Al- Si、 Al- Mg、 Cu- Zn、 又は Cu-Sn等の合金である。
[0041] 第 6の例においてメタマテリアル膜 13, 14は、第 1導電型 (例えば p型）の半導体層 と、第 2導電型 (例えば n型）の半導体層を交互に少なくとも一層ずつ積層させた構造 であり、第 1導電型の半導体層及び第 2導電型の半導体層の層間が p— n接合にな つている。第 1導電型の半導体層及び第 2導電型の半導体層の厚さは、例えば 2nm 以上 lOOnm以下である。
[0042] このような構成は、第 1導電型の半導体層（例えば多結晶シリコン膜)と第 2導電型 の半導体層（例えば多結晶シリコン膜)を交互に CVD法により積層させることで形成 できる。これは、原料ガス（例えばシラン系のガス）に第 1導電型又は第 2導電型の不 純物ガス（例えば B H又は PH )を導入することにより、実現することができる。積層
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の繰り返し回数は 1回以上とする。なお半導体層は、 Ge膜、 A1N膜、 BN膜、又は Ga N膜であってもよい。
[0043] 第 7の例においてメタマテリアル膜 13, 14は、半導体膜と金属層を積層させること により、該層間がショットキー接続になっている。このような構成は、 CVD法により半 導体膜 (例えば多結晶シリコン膜)を形成する工程と、この半導体膜上に金属層をス ノ クタリング法により形成する工程とを繰り返し行うことにより形成できる。積層の繰り 返し回数は 1回以上とする。なお半導体膜は、 Ge膜、 A1N膜、 BN膜、又は GaN膜で あってもよい。
[0044] 第 8の例においてメタマテリアル膜 13, 14は、複数の半導体膜を積層させた構造 であり、これら半導体膜の表面に絶縁層が形成されていることにより、複数の半導体 膜の層間カ^ンネル接続になっている。半導体膜の積層数は 2層以上とする。
[0045] このような構成は、半導体膜 (例えば多結晶シリコン膜)を CVD法により形成するェ 程と、この半導体膜の表面を熱酸化又はプラズマ酸化する工程と、を繰り返し行うこと により形成できる。繰り返し回数は 1回以上とする。なお半導体膜は、 Ge膜、 A1N膜、 BN膜、又は GaN膜であってもよい。
[0046] 第 9の例においてメタマテリアル膜 13, 14は、厚さが lOnm以上 lOOnm以下の導 体膜と厚さが 2nm以上 10nm以下の絶縁膜を交互に少なくとも一層ずつ積層させた 構造である。このような構成は、導体膜 (例えば金属膜)をスパッタリング法により形成 する工程と、この半導体膜の表面を熱酸化又はプラズマ酸化する工程と、を繰り返し 行うことにより形成できる。繰り返し回数は 1回以上とする。
[0047] なお、いずれの構成においてもメタマテリアル膜 13, 14は、蓄電池の容量を増加さ せる為に、比誘電率が 1000以上であるのが好ましい。また好ましくは、蓄電池の容 量を増加させる為に、比誘電率が 1000以上であり、かつ比透磁率が 10以上である のが好ましい。また、メタマテリアル膜 13とメタマテリアル膜 14は、上記した第 1〜第 9 の例であれば良ぐ互いに異なる構成 (例えばメタマテリアル膜 13が第 1の例であり、 メタマテリアル膜 14が第 2の例）であってもよ!/、。
[0048] 上記したメタマテリアル膜 13, 14は、誘電率が高い。この理由を、図 2を用いて説 明する。図 2は分極子の種類と分極周波数特性を示す。図 2のようにある大きさの体 積を持つ半導体ブロック内でキャリアが移動することで分極する現象を空間電荷分 布による分極と呼んでいる。分布状態が落ち着くまで時間力 Sかかるため、低い周波数 のときのみ分極する。また体積が大きいほどキャリアが移動する時間が力、かるため、よ り低周波で分極する。し力、しキャパシタ型の蓄電池において、電流はほぼ直流的で あるため、低周波で分極する、という効果を生かすことができる。
[0049] そして、一つの結晶を一つのセルとして、結晶間の電荷移動に多少の障壁を設け ることで実行上支障がない分極が実現できる。半導体では障壁に p-n接合、ショトキ 一接合、トンネル接続などがある。電気抵抗を有する金属または合金または金属間 化合物では、多結晶粒子の界面に例えば 10匪以下の薄い絶縁層を形成することで 、同様な効果が達成できる。キャパシタのような対抗電極内ではセルの電極に平行に 無限に広がっていてもよぐ層構造にすればその効果は同じである。
[0050] 具体的なセルの例を示す。電位に直角な寸法を層構造で示す。酸化絶縁層 10aは
10nm以下、これは耐圧を目的とする力 100Vで使用するキャパシタでは、好ましくは 5nmでよい。メタマテリアル膜の厚みは、急速充電急速放電時間に反応するため、 1 セル厚みで 10nmから lOOnmぐらいが適当である。実効比誘電率は 1000力、ら 10000 00程度になる。この厚みで 1層から 10層構造が製造上で適切な値になりうる。面方 向のダイナミックな電位変化に対して面方向の分極を制限するために、多結晶が望 ましい。メタマテリアル膜が lOOnm程度であれば、十分な柔軟性を持つことができ、構 造上の問題はない。また、多結晶の電極間 Z方向の連なりの数によりその耐圧は比 例的に加算される。
[0051] 次に、図 1及び図 2に示した蓄電池の製造方法の一例について説明する。まず、導 電シート 10を製造する。次いで、導電シート 10の表面及び裏面を酸化し、酸化絶縁 膜 10aを形成する。この酸化処理は、例えばプラズマ酸化法又は熱酸化法により行 われる。このとき、導電シート 10の端部に酸化絶縁膜 10aが形成されないようにする のが好ましい。
[0052] 次いで、導電シート 10上にメタマテリアル膜 13、 14を、上記した方法で形成する。
次いで、メタマテリアル膜 13, 14上に導電膜 1 1、 12をスパッタリング法などで形成す る。その後、導電シート 10に端子 22を接続し、かつ導電膜 1 1に端子 21を接続する。
[0053] 以上、本発明によれば、電解質を使用しないキャパシタ型の蓄電池を提供できる。
このため、従来と比較して充電時間が短くなる。また蓄電池の寿命が長くなる。また、 前記酸化絶縁膜の耐圧によって蓄電池の出力電圧が定まるだけでなぐメタマテリア ル層 13 , 14の高誘電率層の効果で蓄電量が増大し、以下の通り、従来と比較して 蓄電池の出力電力を高くすることができる。蓄電量 [kWh]=(l/2)CV2である。ここで C= A ε ε /dである。 Cは容量 [F]、 Vは電圧 [V]、 Aは電極面積 [m2]、 dは誘電体の厚み [ r 0
m]、 ε は比誘電率、 ε は真空中の誘電率 [F/m]=8.854 X 10— 12である。図 1の導電シ r 0
ート 10と導電膜 1 1の間の容量は C=1/{(1/C )+(1/C )}= A £ ( ε ε )/{d ε + d ε
1 2 0 rl r2 1 r2 2 rl
}であり、 C Iは酸化絶縁膜 10a、 C2はメタマテリアル膜 13の容量である。
[0054] 尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなぐ本発明の主旨を逸脱し ない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えばメタマテリアル膜を、ト ンネル接続ではなく原子レベルで絶縁を有する構成としても良い。
[0055] また、上述した実施形態には、以下の発明も記載されている。
( 1 )金属シートの表面に第 1のメタマテリアル膜を形成する工程と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に第 1の導電膜を形成する工程と、
前記金属シートに第 1の端子を接続し、かつ前記導電膜に第 2の端子を接続する 工程と、
を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜を形成する工程は、
第 1導電型の不純物、及び前記第 1導電型の不純物より拡散係数が大きい第 2導 電型の不純物を有する多結晶半導体膜を形成する工程と、
前記多結晶半導体膜をレーザーァニールし、前記第 1導電型の不純物を前記多結 晶半導体膜の結晶粒界の近傍に移動させることにより、前記多結晶半導体膜を構成 する結晶粒それぞれを、内部が第 1導電型であり、界面近傍が第 2導電型にするェ 程と、
を具備するキャパシタ型の蓄電池の製造方法。
[0056] (2)金属シートの表面に第 1のメタマテリアル膜を形成する工程と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に第 1の導電膜を形成する工程と、
前記金属シートに第 1の端子を接続し、かつ前記導電膜に第 2の端子を接続する 工程と、
を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜を形成する工程は、
金属を有する多結晶半導体膜を形成する工程と、
前記多結晶半導体膜をレーザーァニールし、前記金属を前記多結晶半導体膜の 結晶粒界に移動させることにより、前記多結晶半導体膜中の結晶界面に金属層を形 成する工程と、
を具備するキャパシタ型の蓄電池の製造方法。
[0057] (3)金属シートの表面に第 1のメタマテリアル膜を形成する工程と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に第 1の導電膜を形成する工程と、
前記金属シートに第 1の端子を接続し、かつ前記導電膜に第 2の端子を接続する 工程と、
を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜を形成する工程は、
多結晶半導体膜を形成する工程と、
前記多結晶半導体膜を酸化雰囲気中でレーザーァニールすることにより、前記多 結晶半導体膜中の結晶界面を酸化して絶縁層を形成する工程と、
を具備するキャパシタ型の蓄電池の製造方法。
[0058] (4)金属シートの表面に第 1のメタマテリアル膜を形成する工程と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に第 1の導電膜を形成する工程と、
前記金属シートに第 1の端子を接続し、かつ前記導電膜に第 2の端子を接続する 工程と、 を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜を形成する工程は、
多結晶金属膜を形成する工程と、
前記多結晶金属膜を酸化雰囲気中でレーザーァニールすることにより、前記多結 晶金属膜中の結晶界面を酸化して絶縁層を形成する工程と、
を具備するキャパシタ型の蓄電池の製造方法。
[0059] (5)金属シートの表面に第 1のメタマテリアル膜を形成する工程と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に第 1の導電膜を形成する工程と、
前記金属シートに第 1の端子を接続し、かつ前記導電膜に第 2の端子を接続する 工程と、
を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜を形成する工程は、
第 1の金属に、該第 1の金属と金属間化合物を形成する第 2の金属を混ぜた多結 晶金属膜を形成する工程と、
前記多結晶金属膜をレーザーァニールすることにより、前記多結晶金属膜の結晶 界面に金属間化合物層、合金層、又は不純物固溶体層を形成する工程と、 を具備するキャパシタ型の蓄電池の製造方法。
[0060] (6)金属シートの表面に第 1のメタマテリアル膜を形成する工程と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に第 1の導電膜を形成する工程と、
前記金属シートに第 1の端子を接続し、かつ前記導電膜に第 2の端子を接続する 工程と、
を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜を形成する工程は、
第 1導電型の第 1の半導体膜を形成する工程と、
前記第 1の半導体膜上に第 2導電型の第 2の半導体膜を形成する工程と、 を具備するキャパシタ型の蓄電池の製造方法。
[0061] (7)金属シートの表面に第 1のメタマテリアル膜を形成する工程と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に第 1の導電膜を形成する工程と、 前記金属シートに第 1の端子を接続し、かつ前記導電膜に第 2の端子を接続する 工程と、
を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜を形成する工程は、
半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜上に金属膜を形成する工程と、
を具備する工程とを具備するキャパシタ型の蓄電池の製造方法。
[0062] (8)金属シートの表面に第 1のメタマテリアル膜を形成する工程と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に第 1の導電膜を形成する工程と、
前記金属シートに第 1の端子を接続し、かつ前記導電膜に第 2の端子を接続する 工程と、
を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜を形成する工程は、
第 1の半導体膜を形成する工程と、
前記第 1の半導体膜の表面に酸化絶縁膜を形成する工程と、
前記酸化絶縁膜上に第 2の半導体膜を形成する工程と、
を具備する工程とを具備するキャパシタ型の蓄電池の製造方法。
[0063] (9)金属シートの表面に第 1のメタマテリアル膜を形成する工程と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に第 1の導電膜を形成する工程と、
前記金属シートに第 1の端子を接続し、かつ前記導電膜に第 2の端子を接続する 工程と、
を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜を形成する工程は、
10nm以上 lOOnm以下の導体膜を形成する工程と、
前記導体膜上に、厚さが 2nm以上 1 Onm以下の絶縁膜を形成する工程と、 を具備するキャパシタ型の蓄電池の製造方法。
産業上の利用可能性
[0064] 本発明は、充電時間が短ぐ寿命が長ぐかつ高出力電圧を実現できるキャパシタ 型の蓄電池に関する。

Claims

請求の範囲
第 1の端子に接続された金属シートと、
前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶半導体膜を構成 する結晶粒それぞれにおいて、内部が第 1導電型であり、界面近傍が第 2導電型に なって!/、るキャパシタ型の蓄電池。
第 1の端子に接続された金属シートと、
前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶半導体膜中の 結晶界面に金属層が位置しているキャパシタ型の蓄電池。
第 1の端子に接続された金属シートと、
前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶半導体膜中の 結晶界面が酸化されて絶縁層が形成されているキャパシタ型の蓄電池。
第 1の端子に接続された金属シートと、
前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、 前記第 1のメタマテリアル膜は金属の多結晶膜であり、該金属の多結晶膜中の結晶 界面には、前記金属の酸化層、前記金属を含む金属間化合物層、あるいは前記金 属を含む合金層又は不純物固溶体層が位置するキャパシタ型の蓄電池。
[5] 第 1の端子に接続された金属シートと、
前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は第 1導電型の半導体層と、第 2導電型の半導体層を 交互に少なくとも一層ずつ積層させた構造であるキャパシタ型の蓄電池。
[6] 第 1の端子に接続された金属シートと、
前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は半導体膜と金属層を交互に少なくとも一層ずつ積層 させた構造であるキャパシタ型の蓄電池。
[7] 第 1の端子に接続された金属シートと、
前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は複数の半導体膜を積層させた構造であり、前記半導 体膜の表面に絶縁層が形成されているキャパシタ型の蓄電池。
[8] 第 1の端子に接続された金属シートと、
前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、
前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は、厚さが 10nm以上 lOOnm以下の導体膜と厚さが 2 nm以上 10nm以下の絶縁膜を少なくとも一層ずつ交互に積層させた構造であるキヤ パシタ型の蓄電池。
[9] 前記金属シートの裏面に形成された第 2のメタマテリアル膜と、
前記第 2のメタマテリアル膜上に形成された第 2の導電膜と、
を具備し、
前記第 2のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶半導体膜を構成 する結晶粒それぞれにおいて、内部が第 1導電型であり、界面近傍が第 2導電型で ある請求項;!〜 8のいずれか一項に記載の蓄電池。
[10] 前記金属シートの裏面に形成された第 2のメタマテリアル膜と、
前記第 2のメタマテリアル膜上に形成された第 2の導電膜と、
を具備し、
前記第 2のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶半導体膜中の 結晶界面に金属層が位置している請求項 1〜8のいずれか一項に記載の蓄電池。
[11] 前記金属シートの裏面に形成された第 2のメタマテリアル膜と、
前記第 2のメタマテリアル膜上に形成された第 2の導電膜と、
を具備し、
前記第 2のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶半導体膜中の 結晶界面が酸化されて絶縁層が形成されている請求項;!〜 8のいずれか一項に記載 の蓄電池。
[12] 前記金属シートの裏面に形成された第 2のメタマテリアル膜と、
前記第 2のメタマテリアル膜上に形成された第 2の導電膜と、
を具備し、
前記第 2のメタマテリアル膜は金属の多結晶膜であり、該金属の多結晶膜中の結晶 界面には、絶縁層、前記金属を含む金属間化合物層、あるいは前記金属を含む合 金又は不純物固溶体が位置する請求項;!〜 8のいずれか一項に記載の蓄電池。
[13] 前記金属シートの裏面に形成された第 2のメタマテリアル膜と、 前記第 2のメタマテリアル膜上に形成された第 2の導電膜と、
を具備し、
前記第 2のメタマテリアル膜は、第 1導電型の半導体膜と第 2導電型の半導体膜を 、少なくとも一層ずつ交互に積層させた構造である請求項 1〜8のいずれか一項に記 載の蓄電池。
[14] 前記金属シートの裏面に形成された第 2のメタマテリアル膜と、
前記第 2のメタマテリアル膜上に形成された第 2の導電膜と、
を具備し、
前記第 2のメタマテリアル膜は複数の半導体膜を積層させた構造であり、前記複数 の半導体膜の層間に金属層が位置する請求項 1〜8のいずれか一項に記載の蓄電 池。
[15] 前記金属シートの裏面に形成された第 2のメタマテリアル膜と、
前記第 2のメタマテリアル膜上に形成された第 2の導電膜と、
を具備し、
前記第 2のメタマテリアル膜は複数の半導体膜を積層させた構造であり、前記半導 体膜の表面が酸化されて絶縁層が形成されている請求項 1〜8のいずれか一項に記 載の蓄電池。
[16] 前記金属シートの裏面に形成された第 2のメタマテリアル膜と、
前記第 2のメタマテリアル膜上に形成された第 2の導電膜と、
を具備し、
前記第 2のメタマテリアル膜は、厚さが 10nm以上 lOOnm以下の導体膜と厚さが 2 nm以上 lOnm以下の絶縁膜を少なくとも一層ずつ交互に積層させた構造である請 求項;!〜 8のいずれか一項に記載の蓄電池。
[17] 前記金属膜、前記第 1及び第 2のメタマテリアル膜、並びに前記第 1及び第 2の導 電膜の積層物がロール状に巻かれていることを特徴とする請求項 9〜； 16のいずれか 一項に記載の蓄電池。
[18] 第 1の端子に接続された金属シートと、
前記金属シートの表面に形成された第 1のメタマテリアル膜と、 前記第 1のメタマテリアル膜上に形成され、第 2の端子に接続された第 1の導電膜と を具備し、
前記第 1のメタマテリアル膜は多結晶半導体膜であり、前記多結晶半導体膜中の 結晶界面が p— n接合、ショットキー接続、又はトンネル接続になっているキャパシタ 型の蓄電池。
前記金属シートの表面に酸化絶縁膜が形成されており、
前記第 1のメタマテリアル膜は前記酸化絶縁膜上に形成されている請求項 1〜18 の!/、ずれか一項に記載の蓄電池。
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