蓄電元件以及蓄電元件的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種通過在蓄電層捕獲電子而進行蓄電的蓄電元件。
【背景技術】
[0002] 近年來，人們對地球環(huán)境問題的意識正在提高，要求以構筑可持續(xù)社會為目標，創(chuàng) 新和利用環(huán)境負荷少的能源。作為創(chuàng)新清潔能源的技術，太陽光發(fā)電以及風力發(fā)電技術引 人注目。另一方面，從有效地活用創(chuàng)新能源的角度考慮，人們期待二次電池、電容器等蓄電 技術的發(fā)展。
[0003] 特別在汽車領域，為了確保枯竭的化石燃料的替代能源以及削減二氧化碳等有害 物質，正在進行利用基于二次電池的電動馬達驅動的混合動力車以及電動汽車的實用化。 但是，混合動力車以及電動汽車與以往的汽油汽車相比，具有續(xù)航距離短的問題，為了提高 續(xù)航距離，期待制造充放電容量高的二次電池。
[0004] 另外，即使在移動設備領域，也由于功能性的提高而使使用電量增加，從而為了提 高設備的可使用時間，要求充放電容量高的二次電池。再者，為了采用太陽光發(fā)電或者風力 發(fā)電而進行創(chuàng)新能源的蓄電，也在進行高容量電容器的開發(fā)。
[0005] 作為能夠高容量化的二次電池和電容器，可以列舉出成為最有力候補的鋰離子電 池以及鋰離子電容器。但是，目前的鋰離子電池和鋰離子電容器的充放電容量較低，例如在 搭載于電動汽車的情況下，續(xù)航距離非常短，為100km左右。另外，鋰離子電池或者鋰離子 電容器中使用的電解液為液體，因而有發(fā)生漏液的可能性，從而在安全性方面存在問題。使 用固體電解質代替電解液的全固體鋰二次電池的開發(fā)也在進行，但沒有達到大容量化。再 者，這些電池還存在制造成本較高的問題。
[0006] 在這樣的背景下，近年來，人們提出了動作原理與鋰離子電池或者鋰離子電容器 不同的全固體型半導體蓄電元件（參照專利文獻1、2等）。該蓄電元件基于如下的動作原 理：將用絕緣材料覆蓋的n型金屬氧化物半導體粒子用作蓄電層，在紫外線的照射下，在蓄 電層形成新的能級，并在該能級捕獲電子，從而進行蓄電。
[0007]上述蓄電元件由于蓄電層由無機材料構成，因而安全性優(yōu)良，且能夠進行穩(wěn)定的 動作。另外，由于制造簡單，因而能夠進行低成本的制作。再者，還暗示具有通過層疊上述 蓄電元件，能夠大幅度提高每單位體積的容量的可能性（參照專利文獻3)。
[0008] 現(xiàn)有技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1 :國際公開第2012/046325號
[0011] 專利文獻2 :國際公開第2013/065093號
[0012]專利文獻3 :國際公開第2013/153603號

【發(fā)明內容】

[0013]發(fā)明所要解決的課題
[0014] 在以往的固體型半導體蓄電元件中，作為構成蓄電層的n型金屬氧化物半導體材 料，可以使用二氧化鈦。然而，在將二氧化鈦用作n型半導體材料時的充放電容量受到限 制，要求開發(fā)面向更高容量化、且具有與二氧化鈦同等或者在其以上的充放電容量的蓄電 元件。
[0015] 本發(fā)明解決了以往的課題，其目的在于提供一種充放電容量較高的蓄電元件。
[0016] 用于解決課題的手段
[0017] 也就是說，本發(fā)明提供一種蓄電元件，其特征在于，其具有：第1電極；第2電極； 蓄電層，其配置于所述第1電極和所述第2電極之間，且含有絕緣材料和n型半導體粒子的 混合物；以及P型半導體層，其配置于所述蓄電層和所述第2電極之間；其中，所述n型半導 體粒子含有鈦鈮復合氧化物、鈦鉭復合氧化物之中的至少一方的材料。
[0018] 發(fā)明的效果
[0019] 本發(fā)明的蓄電元件由于蓄電層由無機材料構成，因而安全性優(yōu)良，且能夠進行穩(wěn) 定的動作。另外，由于制造簡單，因而能夠進行低成本的制作。再者，與以往技術的構成蓄 電層的n型半導體材料僅使用二氧化鈦的蓄電元件相比，可以將蓄電后的電壓保持在較高 的水平，從而能夠提高充放電容量。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明實施方式的蓄電元件的剖視圖。
[0021] 圖2是表示圖1所示的蓄電元件的蓄電層的構造的圖示。
[0022] 圖3是表示圖1所示的蓄電元件的制造方法的工序圖。
[0023] 圖4是表示實施例1以及比較例1的蓄電元件放電時的電壓隨時間變化的曲線 圖。
[0024] 符號說明
[0025] 10 基板
[0026] 20第1電極
[0027] 30蓄電層
[0028] 31絕緣材料
[0029] 32 n型半導體粒子
[0030] 40 p型半導體層
[0031] 50第2電極
[0032] 100蓄電元件
【具體實施方式】
[0033] 在專利文獻1~3所記載的二次電池中，作為蓄電層中含有的n型金屬氧化物半 導體，使用二氧化鈦、氧化錫或者氧化鋅。但是，專利文獻1~3所記載的二次電池存在容 量較小的課題。于是，一般認為通過將蓄電層中含有的n型金屬氧化物半導體設計為其它 的金屬氧化物，可以實現(xiàn)高容量的二次電池（蓄電元件）。
[0034] 本發(fā)明提供一種蓄電元件，其特征在于，其具有：第1電極；第2電極；蓄電層，其 配置于所述第1電極和所述第2電極之間，且含有絕緣材料和n型半導體粒子的混合物；以 及p型半導體層，其配置于所述蓄電層和所述第2電極之間；其中，所述n型半導體粒子含 有鈦鈮復合氧化物、鈦鉭復合氧化物之中的至少一方的材料。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明，蓄電元件的充放電容量得以增大。也就是說，構成蓄電層的n型半導 體粒子通過含有鈦鈮復合氧化物、鈦鉭復合氧化物之中的至少一方，可以提高蓄電元件的 放電特性。
[0036] 另外，所述n型半導體粒子也可以含有鈦鈮復合氧化物作為必須成分。
[0037] 另外，鈦鈮復合氧化物中鈦的含量、鈮的含量以及氧的含量的合計也可以為80原 子％以上。根據(jù)這樣的材料，能夠使蓄電元件的放電特性得以提高。
[0038] 另外，所述n型半導體粒子也可以含有鈦鉭復合氧化物作為必須成分。
[0039] 另外，鈦鉭復合氧化物中鈦的含量、鉭的含量以及氧的含量的合計也可以為80原 子％以上。根據(jù)這樣的材料，能夠使蓄電元件的放電特性得以提高。
[0040] 另外，所述第1電極或者所述第2電極也可以由選自銀、銅、金、鐵、鋁、鎳、鈦、鉻、 鉬以及它們的合金之中的至少1種金屬或者導電性氧化物形成。
[0041] 另外，所述P型半導體層也可以包含P型氧化物半導體。根據(jù)這樣的材料，可以充 分地得到防止電子從第2電極向蓄電層的移動的效果。
[0042]另外，所述p型氧化物半導體也可以是氧化鎳或者銅鋁氧化物。根據(jù)這樣的材料， 可以充分地得到防止電子從第2電極向蓄電層的移動的效果。
[0043] 另外，所述絕緣材料也可以是絕緣性樹脂或者無機絕緣物。
[0044] 另外，所述絕緣材料也可以是硅有機化合物，所述無機絕緣物也可以是二氧化硅。
[0045] 另外，本發(fā)明提供一種蓄電元件的制造方法，所述蓄電元件由第1電極、蓄電層、p 型半導體層以及第2電極依次層疊而成，所述制造方法的特征在于：將有機酸鈦金屬鹽、有 機酸鈮金屬鹽和絕緣材料溶解于溶劑中而制作涂布液；將所述涂布液涂布于所述第1電極 上而形成涂布膜；然后燒成所述涂布膜；并將光照射在燒成所得到的所述涂布膜上而形成 所述蓄電層；在所述蓄電層形成之后，依次形成所述P型半導體層以及所述第2電極。
[0046] 另外，本發(fā)明提供一種蓄電元件的制造方法，所述蓄電元件由第1電極、蓄電層、p 型半導體層以及第2電極依次層疊而成，所述制造方法的特征在于：將有機酸鈦金屬鹽、有 機酸鉭金屬鹽和絕緣材料溶解于溶劑中而制作涂布液；將所述涂布液涂布于所述第1電極 上而形成涂布膜，然后燒成所述涂布膜；并將光照射在燒成所得到的所述涂布膜上而形成 所述蓄電層；在所述蓄電層形成之后，依次形成所述P型半導體層以及所述第2電極。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的蓄電元件的制造方法，可以有效地得到本發(fā)明的蓄電元件。
[0048] 以下參照附圖，就本發(fā)明進行說明。本發(fā)明并不局限于以下的實施方式。
[0049] 如圖1所示，本實施方式的蓄電元件100具有第1電極20、蓄電層30、p型半導體 層40以及第2電極50。在導電性的第1電極20上，依次層疊有蓄電層30、p型半導體層 40以及第2電極50。第1