(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電層が正電極及び負電極の層で挟まれたシート状電池であって、少なくとも上記蓄電
層が半導体特性を有するシート状電池をリペアする、シート状電池のリペア装置において、
上記正電極及び上記負電極間に電気的刺激を印加する電気的刺激源と、
上記電気的刺激の印加時における上記シート状電池の電気特性を測定する電気特性測定手段と、
測定された電気特性をも参酌しながら、上記電気的刺激源による電気的刺激の値を指示する制御手段と
を有し、
上記電気的刺激源は、上記半導体特性における逆バイアス方向の電流刺激、上記半導体特性における逆バイアス方向の電圧刺激、上記半導体特性における順バイアス方向の電流刺激、上記半導体特性における順バイアス方向の電圧刺激のうちの２以上に対応できるものであり、
上記制御手段は、上記電気的刺激源が対応できる全種類の電気的刺激を順次、上記正電極及び上記負電極間に印加させるように制御する
ことを特徴とするシート状電池のリペア装置。
【請求項２】
上記シート状電池を放電させて空充電状態に変化させる空充電化手段を備えると共に、
上記制御手段は、電気的刺激の種類を切り換える際には、上記空充電化手段による動作を実行させた後、新たな種類の電気的刺激を、上記正電極及び上記負電極間に印加させる
ことを特徴とする請求項１に記載のシート状電池のリペア装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシート状電池のリペア装置に関し、例えば、金属酸化物の光励起構造変化を利用して、バンドギャップ中に新たなエネルギー準位を形成して電子を捕獲する動作原理に基づく電池（以下、量子電池と呼ぶ）のリペアに適用し得る。
【背景技術】
【０００２】
シート状（平行平板構造）の二次電池としては、ニッケル水素電池（ＮｉＭＨ）やリチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）が知られているが、これらの二次電池は、欠陥を電気的にリペアするのは困難とされている。これは、電解質を充填した後では、与え得る電気的な刺激が充電動作の範囲でしか許されないためで、例えば、逆極性の電圧を印加することはできない。このことは、固体ＬＩＢや燃料電池でも同様である。【０００３】
ところで、平板型のデバイスとして太陽電池が知られている。太陽電池は、電池ではないが半導体特性を有しており、欠陥の電気的リペアが実用化されている（特許文献１〜特許文献３参照）。提案されている太陽電池のリペアは、太陽電池の櫛形電極へのコンタクトによる電圧源での電気的刺激である。太陽電池セルが有するＰＮ接合に対して逆バイアス電圧が印加されるように、隣り合う櫛形電極間に電圧が印加される。なお、特許文献２の記載技術では、逆バイアス電圧を周期的に変化（例えばノコギリ波）させて印加することを基本としながら、逆バイアス電圧の印加期間の間に、オフ領域の順バイアス電圧を短時間だけ印加し、逆バイアス電圧の印加で蓄積された電荷を逃がすことも行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２７７７７５
【特許文献２】特開２００１−５３３０３
【特許文献３】特開２０１１−５４４８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１〜特許文献３による太陽電池のリペアは、太陽電池の櫛形電極へのコンタクトによる電圧源での電気的刺激しか示されていない。すなわち、従来では、電極が櫛形電極になっていない量子電池などのシート状電池に対してどのようにリペアすれば良いか、開示や示唆したものは存在しない。【０００６】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、半導体特性を持つシート状電池の欠陥を適切に修復、無害化できるシート状電池のリペア装置を提供しようとしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため、第１の本発明に係るシート状電池のリペア装置は、蓄電層が正電極及び負電極の層で挟まれたシート状電池であって、少なくとも上記蓄電層が半導体特性を有するシート状電池をリペアするシート状電池のリペア装置において、（１）上記正電極及び上記負電極間に電気的刺激を印加する電気的刺激源と、（２）上記電気的刺激の印加時における上記シート状電池の電気特性を測定する電気特性測定手段と、（３）測定された電気特性をも参酌しながら、上記電気的刺激源による電気的刺激の値を指示する制御手段とを有し、電気的刺激源は、半導体特性における逆バイアス方向の電流刺激、半導体特性における逆バイアス方向の電圧刺激、半導体特性における順バイアス方向の電流刺激、半導体特性における順バイアス方向の電圧刺激のうちの２以上に対応できるものであり、制御手段は、電気的刺激源が対応できる全種類の電気的刺激を順次、正電極及び負電極間に印加させるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体特性を持つシート状電池の欠陥を適切に修復、無害化できるシート状電池のリペア装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係るシート状電池のリペア装置のリペア対象である量子電池の基本的構造を示す説明図である。
【図２】実施形態のリペア装置のリペア対象である量子電池の等価素子表現を示している。
【図３】実施形態に係るシート状電池のリペア装置の構成を示すブロック図である。
【図４】実施形態による逆バイアス印加によるリペアの様子を示す説明図である。
【図５】実施形態のリペア装置における逆バイアスのＩモードリペア動作を示すフローチャートである。
【図６】実施形態のリペア装置における逆バイアスのＶモードリペア動作を示すフローチャートである。
【図７】実施形態による順バイアス印加によるリペアの様子を示す説明図である。
【図８】実施形態のリペア装置における順バイアスのＩモードリペア動作を示すフローチャートである。
【図９】実施形態のリペア装置における順バイアスのＶモードリペア動作を示すフローチャートである。
【図１０】変形実施形態のシート状電池のリペア装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明によるシート状電池のリペア装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
リペア対象は、半導体特性を持つシート状電池であれば良いが、以下では量子電池を例に、実施形態に係るリペア装置を説明する。
【００１２】
（Ａ−１）リペア対象となり得るシート状電池の説明
図１は、リペア対象であるシート状電池の積層構造を示す説明図である。
【００１３】
リペア対象のシート状電池は、二次電池として実用化されるものに限らず、一次電池として実用化されるものであっても良い。以下では、シート状電池が二次電池であるとして説明する。また、リペア対象は、シート状（平行平板状）の電池であれば良い。例えば、図１に示すように、蓄電部として機能する蓄電層２が、正電極４及び負電極３の層で挟まれた固体によるシート状電池１であれば、リペア対象とすることができる。図１では、シート状電池１が基材５に取り付けられ、正電極４及び負電極３にそれぞれ、正極端子７及び負極端子６が取り付けられた状態を示している。例えば、光励起構造変化を利用した上述した量子電池をリペア対象とすることができる。
【００１４】
以下、リペア対象となり得る、光励起構造変化を利用した量子電池を簡単に説明する。量子電池における蓄電層を、その特質に鑑み、充電層と呼ぶこととする。
【００１５】
充電層は、充電動作で電子を蓄え、放電動作で蓄電電子を放出し、充放電がなされない状態で電子を保持（蓄電）している層であり、光励起構造変化技術が適用されて形成される。
【００１６】
光励起構造変化は、例えば、国際特許出願ＪＰ２００６／３２２０１１に記載されており、その出願の発明者である中澤明氏（本願の発明者でもある）が見出した現象（技術）である。すなわち、中澤明氏は、所定値以上のバンドギャップを持つ半導体であって透光性をもつ金属酸化物が、絶縁被覆された状態で有効な励起エネルギーを与えられると、バンドギャップ内に電子不在のエネルギー準位が多数発生することを見出した。量子電池は、これらのエネルギー準位に電子を捕獲させることで充電し、捕獲した電子を放出させることで放電するものである。
【００１７】
量子電池の場合、正電極４は、電極本体層４Ａと、充電層２に接するように形成されたｐ型金属酸化物半導体層４Ｂとを有する。ｐ型金属酸化物半導体層４Ｂは、電極本体層４Ａから充電層２への電子の注入を防止するために設けられている。
【００１８】
負電極３及び正電極４の電極本体層４Ａは導電層として形成されたものであれば良い。
【００１９】
充電層２は、絶縁被膜で覆われたｎ型金属酸化物半導体の微粒子が、負電極３に対して薄膜状に付着され、ｎ型金属酸化物半導体が紫外線照射によって光励起構造変化を起こし、電子を蓄えることができるように変化したものである。
【００２０】
（Ａ−２）量子電池の等価素子表現
量子電池の動作メカニズムは未だ完全には解明されていないが、等価的にはダイオードの接合部にあたる部分に電子を蓄える中間的な準位を持つ構造になっていると考えられている。
【００２１】
図２は、量子電池の等価素子表現を示している。図２（Ａ）は、電子が充電されていない空状態の量子電池の単位部分を表現しており、抵抗とダイオードとの直列回路で表すことができる。図２（Ｂ）は、充電中の状態の量子電池の単位部分を表現しており、抵抗と、ダイオードと、このダイオードのカソードに＋端子を接続した電池（直流電源）の直列回路で表すことができる。図２（Ｃ）は、放電中の状態の量子電池の単位部分を表現しており、抵抗と、この抵抗に＋端子を接続した電池（直流電源）の直列回路で表すことができる。量子電池そのものが新しいデバイスなので、その素子記号はないが、ここでは、図２（Ｄ）に示すような等価素子表現を適用する。すなわち、量子電池を、抵抗と、ダイオード及び電池が融合された素子との直列回路で表す。ダイオード及び電池が融合された素子を、図２（Ｄ）では、ダイオードのカソード側を表す横線と、電池の正極を表す横線を共通にした表現を適用している。なお、上述した抵抗には、両側電極との接合抵抗や、電極の持つ抵抗も含まれている。
【００２２】
量子電池はこのような等価素子が多数並列接続された構造になっていると表現できる。但し、厳密に言えば、漏れ電流の原因となる抵抗（Ｒｌｅａｋ）も並列に接続される形となるが、ここでは、その抵抗値が充分に大きいとして省略してある。
【００２３】
（Ａ−３）実施形態におけるリペア（電気的リペア）の考え方
量子電池などのシート状（平行平板構造）のデバイスでは、ピンホールの発生に起因して、層間が短絡したり、異物や不要な空隙が形成されたりする欠陥が生じることがある。また、量子電池の充電層の成膜には塗布熱分解法を適用しており、塗布熱分解法で成膜された充電層は、充電層及びその界面に原子と電子の結合が不充分な分子が存在する恐れもある。
【００２４】
この実施形態では、量子電池が半導体特性を持つことに鑑み、上述のような欠陥を修復（リペア）するために、逆バイアスと順バイアスの２通りの電気的刺激を与えることとした。因みに、ＬＩＢのような化学電池では、逆極性での印加は、安全性、信頼性に重大な影響を及ぼすことがある。量子電池への逆バイアス印加では、半導体のＶＢＤ（ブレークダウン電圧）まで、あるいは、充電層のＶＷＳ（耐電圧）かＶＥＤ（静電破壊電圧）まで電気的刺激を与えることが可能である。通常、ＶＷＳやＶＥＤはＶＢＤに比べて充分に高い電圧である。
【００２５】
（Ａ−４）実施形態のリペア装置の構成
次に、実施形態のリペア装置の構成を説明する。図３は、実施形態のリペア装置の構成を示すブロック図である。
【００２６】
実施形態のリペア装置１０は、Ｉモード（電流モード）リペア部２０と、Ｖモード（電圧モード）リペア部３０と、モード選択スイッチ４０、４１と、リペア対象接続スイッチ４２と、負荷抵抗４３と、コントローラ４４とを有する。
【００２７】
Ｉモードリペア部２０は、コントローラ４４の制御下で、リペア対象の量子電池１にリペアさせるための電流を印加する（流す）ものである。この明細書においては、電流の作用によってリペアさせるモードをＩモードと呼んでいる。Ｉモードリペア部２０は、可変電流源２１と、電流リミット回路２２と、電圧計２３とを有する。可変電流源２１は、コントローラ４４の制御下で、量子電池１に印加する電流を供給するものであり、その供給電流を可変できるだけでなく、供給電流の向きをも可変できるものである。電流リミット回路２２は、コントローラ４４の制御下で、量子電池１へ流れる電流の上限を制限するものであり、これにより、余計な過電流が量子電池１に流れることを防止できる。電圧計２３は、量子電池１へ電流を供給している際の量子電池１の両端電圧を検出するものであり、その検出電圧はコントローラ４４に与えられるようになされている。
【００２８】
Ｖモードリペア部３０は、コントローラ４４の制御下で、リペア対象の量子電池１にリペアさせるための電圧を印加するものである。この明細書においては、電圧の作用によってリペアさせるモードをＶモードと呼んでいる。Ｖモードリペア部３０は、可変電圧源３１と、電圧リミット回路３２と、電流計３３とを有する。可変電圧源３１は、コントローラ４４の制御下で、量子電池１に印加する電圧を生成するものであり、その印加電圧を可変できるだけでなく、印加電圧の向き（順バイアス、逆バイアス）をも可変できるものである。電圧リミット回路３２は、コントローラ４４の制御下で、量子電池１へ印加する電圧の上限を制限するものであり、これにより、余計な過電圧が量子電池１に印加されることを防止できる。電流計３３は、量子電池１へ電圧を印加している際の量子電池１に流れる電流を検出するものであり、その検出電流はコントローラ４４に与えられるようになされている。
【００２９】
一対のモード選択スイッチ４０及び４１は、コントローラ４４の制御下で連動して切り替わるものであり、Ｉモードリペア部２０又はＶモードリペア部３０の一方を量子電池１に接続させるものである。
【００３０】
リペア対象接続スイッチ４２は、コントローラ４４の制御下で、リペア対象の量子電池１を、そのとき選択されているＩモードリペア部２０又はＶモードリペア部３０に接続させ、若しくは、リペア対象の量子電池１を、Ｉモードリペア部２０やＶモードリペア部３０から切り離すものである。
【００３１】
負荷抵抗４３は、リペア対象の量子電池１がＩモードリペア部２０やＶモードリペア部３０から切り離されている場合に量子電池１に接続され、量子電池１を放電させて空充電状態にするためのものである。
【００３２】
コントローラ４４は、当該電気的リペア装置１０の全体の動作を制御するものである。コントローラ４４の制御方法については、以下で明らかにする。
【００３３】
ここで、量子電池１と電気的リペア装置１０との接続は、量子電池１の正極端子７及び負極端子６に対して、電気的リペア装置１０の端子を接続させる方法を適用できる。正極端子７に対する端子接続に代え、正電極４の表面に、基端が共通に接続されている複数のプローブの先端を接触させる方法であっても良い。また、正電極４の表面に、１つのプローブを接触させ、その接触位置の変更をコントローラ４４が指示するものであっても良い。基材５から取り外された量子電池１であれば、負電極３についても、表面へのプローブ接触を利用するようにしても良い。
【００３４】
（Ａ−５）逆バイアス印加のリペア
図４は、逆バイアス印加におけるリペアを模式的に表している。逆バイアス印加によるリペアも、ＩモードリペアとＶモードリペアとを適用でき、図４は、ＩモードリペアをＶモードリペアより先に実行した場合を示している。
【００３５】
なお、図４において、ハッチを付与した素子表記箇所が欠陥箇所を表しており、ダイオード素子表記にハッチを付与した欠陥はダイオード特性を多少残している欠陥を表し、矩形にハッチを付与した欠陥はダイオード特性を呈しない欠陥を表している。
【００３６】
ジュール熱による修復は、基本的には短絡部に電流を流し込むことにより発生するジュール熱で、短絡を生じさせている異物を蒸発させて開放したり、黒化（酸化）させて絶縁させたりする。短絡部の場所が判っている場合には、その場所に対して電流源をコンタクトさせれば良いが、たとえ、場所が判っていなくとも、負電極３と正電極４の抵抗値が充分に低いために、電圧降下も殆どなく電流は短絡部に集中して流れて、その部分にジュール熱を発生させることが可能となる。短絡があると、電流の印加により発生する電極間の電圧は低いが、短絡部が修復されると電圧値が高くなる。但し、短絡部の状況によっては、一挙には開放とはならずに、ある有限の抵抗値に変化する場合もある。
【００３７】
次に、電子結合が不充分で半導体として充分に動作していない部分に、ＶＢＧ（バンドギャップ相当の電圧）を逆バイアスで印加すると、不充分な結合電子が原子から切れて開放に近い状態になると考えられる。なお、量子電池１の充電層２は酸化物金属による半導体からなっており、酸化物金属に電子が結合されていないと半導体とならずに絶縁体になっている。なお、充電層２の材質として、複数種の半導体がある場合には、それらに応じて異なったＶＢＧ１、ＶＢＧ２、…（符号の数字部分が小さいほうが値も小さいとする）が存在し、それぞれの半導体固有のＶＢＤ１、ＶＢＤ２、…が存在し、ＶＢＧよりも充分に大きな値となっている。
【００３８】
逆バイアス印加の場合、上述したように、可変電流源２１からの電流による、短絡部に対するジュール熱によるリペア（Ｉモードリペア）が試みられる。電流の印加方向は、図４（Ｂ）に示すように、負電極３、充電層２及び正電極４の順に流れる方向である。この際には、コントローラ４４は、量子電池１の電極３及び４間の電圧を、電圧計２３で監視しながら、ＶＢＧｉ（ＶＢＧ１、ＶＢＧ２、…のうちで今意図しているもの）を超えない電圧になるまで、電流値を徐々に大きくして行き、ＶＢＧｉを超えれば即座に電流値をゼロに戻すように制御する。コントローラ４４は、電流を増やす度にある一定時間を保持してジュール熱が短絡部に充分に伝わるようにし、その期間中であっても測定電圧値が変化してＶＢＧｉを超えれば電流値をゼロに戻すようにする。電流をゼロに戻した際に、コントローラ４４が、電極３及び４間の電圧がゼロになるように制御すれば（例えば、抵抗を介してリセットさせたり、ゼロ電圧源を接続したりする；図３は前者の場合の構成を示している）、逆バイアス印加で発生した量子電池１の残留電荷をゼロにしたり不要な充電を空にしたりすることができ、次のステップを実行する際にデバイス（量子電池）ヘの予想外のダメージを与えずに済む。また、短絡部が非常に強固でジュール熱により修復されない場合、電圧値が上昇せずに電流が流れ続けて焼損して量子電池１を破壊する可能性があるので、予め電流を連続して流す上限の時間を設定しておき、コントローラ４４が内部タイマの計時時間がこの上限時間に達したときに、電流をゼロに戻すようにすれば焼損を防ぐことができる。
【００３９】
図５は、上述した逆バイアスのIモードリペアの動作を実行させるコントローラ４４の処理を示すフローチャートである。動作内容は既に説明しているので、図５を用いた詳細説明は省略するが、図５でのパラメータ表記を説明すると以下の通りである。Ｉは印加電流を、Ｉｓｔａｒｔは最初の印加電流を、ΔＩは印加電流の増加分を表している。ＴＩ１は印加電流Ｉの値に拘らず印加電流を流す上限時間ＴＩ１ｍａｘを計時するためのタイマ値を表しており、単位分ΔＴＩずつ更新される。ＴＩ２は、現在の電流値の印加電流を流す上限時間ＴＩ２ｍａｘを計時するためのタイマ値を表しており、単位分ΔＴＩずつ更新される。Ｖｄｅｔは電圧計２３が検出した電圧を表している。
【００４０】
例えば、図４（Ａ）に示すように、量子電池１が短絡部ＤＥＦ１を有していたとしても、その短絡部ＤＥＦ１は、図４（Ｂ）に示すように、逆バイアス印加のＩモードリペアにより無害化される。
【００４１】
逆バイアスのＩモードリペアの次に、逆バイアスのＶモードリペアが実行される。コントローラ４４は、可変電圧源３１による電圧を量子電池１の電極４及び３間に逆バイアス方向に印加させ（図４（Ｃ）参照）、そのときに流れる電流を電流計３３で監視しながら、印加電圧値を徐々に大きくして行く。半導体が充分に特性を出していないと電流が流れるが、不充分な電子の結合が切れて絶縁体に近い状態になると電流は流れ難くなる。印加電圧値がＶＢＧｉに達するまで上げて行くが、電流が流れ難くなった時点で一旦、印加電圧値をゼロに戻す。この場合にはゼロに戻した時点で残留電荷も不要充電もない状態になる。Ｖモードリペアでも徒に動作時間が長くならないように、動作時間に上限を設ける。
【００４２】
図６は、上述した逆バイアスのＶモードリペアの動作を実行させるコントローラ４４の処理を示すフローチャートである。動作内容は既に説明しているので、図６を用いた詳細説明は省略するが、図６でのパラメータ表記を説明すると以下の通りである。Ｖは印加電圧を、Ｖｓｔａｒｔは最初の印加電圧を、ΔＶは印加電圧の増加分を表している。ＴＶ１は印加電圧Ｖの値に拘らず印加電圧を印加する上限時間ＴＶ１ｍａｘを計時するためのタイマ値を表しており、単位分ΔＴＶずつ更新される。ＴＶ２は、現在の電圧値を印加する上限時間ＴＶ２ｍａｘを計時するためのタイマ値を表しており、単位分ΔＴＶずつ更新される。Ｉｄｅｔは電流計３３が検出した電流を表している。
【００４３】
例えば、図４（Ａ）に示すように、量子電池１が、電子結合が不十分な欠陥ＤＥＦ２、ＤＥＦ３を有していたとしても、その電子結合不十分欠陥ＤＥＦ２、ＤＥＦ３は、図４（Ｃ）に示すように、逆バイアス印加のＶモードリペアにより、不充分な結合電子が原子から切れて開放に近い状態になって無害化される。
【００４４】
逆バイアスにおける、電流印加／電圧監視（Ｉモードリペア）と、電圧印加／電流監視（Ｖモードリペア）の動作を、ＶＢＧ１、ＶＢＧ２、…を区切りとして交互に働かせることで、すなわち、０〜ＶＢＧ１、ＶＢＧ１〜ＶＢＧ２、ＶＢＧ２〜ＶＢＧ３、…の区間ごとに交互に働かせることで、デバイス（量子電池１）に与えるダメージを最小に抑えてリペアすることが可能である。但し、いかなる場合でも、量子電池１の電極３及び４間の電圧値が、ＶＢＤｍｉｎ（ＶＢＤ１、ＶＢＤ２、…のうちで最も低い値）を超えないようにすることを要する。
【００４５】
（Ａ−６）順バイアス印加のリペア
図７は、順バイアス印加におけるリペアを模式的に表している。順バイアス印加によるリペアも、ＩモードリペアとＶモードリペアとを適用でき、図７は、ＩモードリペアをＶモードリペアより先に実行した場合を示している。
【００４６】
なお、図７において、ハッチを付与した素子表記が欠陥箇所を表しており、量子電池素子表記にハッチが付与した欠陥は量子電池特性を多少残している欠陥を表し、ダイオード素子表記にハッチが付与した欠陥はダイオード特性を多少残している欠陥を表し、矩形にハッチが付与した欠陥はダイオード特性を呈しない欠陥を表している。
【００４７】
逆バイアス印加と異なるのは、全くの短絡状態でない限りは、順バイアス印加により（電流でも電圧でも）、量子電池１が充電動作をする点にある（場合によっては放電動作もする）。
【００４８】
上述したように、短絡部は、逆バイアスの電流印加によってリペアされるが、短絡部が純抵抗であれば、順バイアスで電流を流しても同様の原理で（ジュール熱で）リペア可能である。
【００４９】
この場合も、コントローラ４４は、電極４及び３間の電圧を電圧計２３の出力で監視しながら、量子電池１の充電時の最大許容電圧以下の範囲で、可変電流源２１の印加電流値を上げて行く。この場合の印加方向は、図７（Ｂ）に示すような順バイアス方向である。短絡部が残っている場合には、電流の多くは短絡部に集中してその抵抗値に応じて電圧が発生するが、短絡部がリペアされると電圧が上昇するので、コントローラ４４は、その時点で可変電流源２１の印加電流値を一旦ゼロに戻す。
【００５０】
次に、電極４及び３間の電圧を監視しながら、コントローラ４４が可変電流源２１の印加電流値を上げて行くと、電子結合が不充分な部分に電流が流れて結合が回復する場合がある。その際にも、印加電流値と検出電圧値は、充電時の最大許容値を越えないようにする。コントローラ４４は、予め設定された時間、可変電流源２１から一定の印加電流を流し、電圧値の変化が設定範囲内であれば可変電流源２１からの印加電流をゼロに戻す。その際に、コントローラ４４は、電極４及び３間の電圧がゼロになるように制御し（例えば、抵抗を介してリセットさせたり、ゼロ電圧源を接続したりする；図３は前者の場合の構成を示している）、その後、順バイアス電流によるリペア動作を終了させる。電極４及び３間の印加電圧がゼロになるようにすると、量子電池１は放電動作によって残留電荷が放出されると共に放電されて空充電状態に戻って、次のステップを実行する際に当該デバイス（量子電池１）が予想外のダメージを被ることを防止できる。
【００５１】
図８は、上述した順バイアスのIモードリペアの動作を実行させるコントローラ４４の処理を示すフローチャートである。動作内容は既に説明しているので、図８を用いた詳細説明は省略するが、図８でのパラメータ表記を説明すると以下の通りである。Ｉは印加電流を、Ｉｓｔａｒｔは短絡部の無害化のための最初の印加電流を、ΔＩは印加電流の増加分を表している。Ｉｃｏｓｔは、電子結合が不充分な部分の結合を回復させるための一定の印加電流を表している。ＴＩ１は、印加電流Ｉの値に拘らず短絡部の無害化のために印加電流を流す上限時間ＴＩ１ｍａｘを計時するためのタイマ値を表しており、単位分ΔＴＩずつ更新される。ＴＩ２は、現在の電流値の印加電流を短絡部の無害化のために流す上限時間ＴＩ２ｍａｘを計時するためのタイマ値を表しており、単位分ΔＴＩずつ更新される。ＴＩ３は、電子結合が不充分な部分の結合を回復させるために一定電流値を流す時間を計時するためのタイマ値を表しており、単位分ΔＴＩずつ更新される。ＭＡＶは、量子電池１の充電時の最大許容電圧を表している。Ｖｄｅｔは電圧計２３が検出した電圧を表している。
【００５２】
例えば、図７（Ａ）に示すように、量子電池１が短絡部ＤＥＦ１１を有していたとしても、その短絡部ＤＥＦ１１は、図７（Ｂ）に示すように、順バイアス印加のＩモードリペアにより無害化される。また例えば、図７（Ａ）に示すように、量子電池１が、電子結合が不充分な欠陥ＤＥＦ１２〜ＤＥＦ１４を有していたとしても、そのような欠陥の中には、順バイアス印加のＩモードリペアにより、電子結合が充分となって回復する欠陥もあり得る。図７（Ｂ）に示すように、欠陥ＤＥＦ１４は、順バイアス印加のＩモードリペアで、電子結合が回復したものである。
【００５３】
順バイアスのIモードリペアの実行後には、順バイアスのＶモードリペアを実行する。コントローラ４４は、可変電圧源３１による電圧を量子電池１の電極４及び３間に順バイアス方向に印加させ（図７（Ｃ）参照）、そのときに流れる電流を電流計３３で監視しながら、印加電圧値を徐々に大きくして行く。電圧印加により、電子結合が不充分な箇所に電界がかかり、結合が回復する場合がある。一方、その部分が半導体として殆ど機能していない場合は、不充分な結合電子が切れて無害化されることもある。この動作中も、印加電圧値と検出電流値は、充電時の最大許容値を越えないようにする。コントローラ４４は、予め設定された総所要時間を要する複数の所定電圧の順次印加が、検出電流値の設定範囲を超えることなく終了すると、印加電圧値をゼロに戻す。この場合も、その後、コントローラ４４は、抵抗を介して放電させるなど、量子電池１を残量電荷がない、しかも、空充電の状態にする動作を実行させ、その後、順バイアス電圧によるリペア動作を終了させる。
【００５４】
図９は、上述した順バイアスのＶモードリペアの動作を実行させるコントローラ４４の処理を示すフローチャートである。動作内容は既に説明しているので、図９を用いた詳細説明は省略するが、図９でのパラメータ表記を説明すると以下の通りである。Ｖは印加電圧を、Ｖｓｔａｒｔは最初の印加電圧を、ΔＶは印加電圧の増加分を表している。ＴＶ１は印加電圧Ｖの値に拘らず印加電圧を印加する上限時間ＴＶ１ｍａｘを計時するためのタイマ値を表しており、単位分ΔＴＶずつ更新される。ＴＶ２は、現在の電圧値を印加する上限時間ＴＶ２ｍａｘを計時するためのタイマ値を表しており、単位分ΔＴＶずつ更新される。Ｉｄｅｔは電流計３３が検出した電流を表している。ＭＡＶは、量子電池１の充電時の最大許容電圧を表している。ＭＡＩは、量子電池１の充電時の最大許容電流を表している。
【００５５】
例えば、図７（Ａ）に示すように、量子電池１が、電子結合が不充分な欠陥ＤＥＦ１２〜ＤＥＦ１４を有していたとしても、そのような欠陥の中には、順バイアス印加のＶモードリペアにより、電子結合が充分となって回復する欠陥もあれば、不十分な結合電子が切れて無害化される欠陥もあり得る。図７（Ｃ）に示すように、欠陥ＤＥＦ１３は、順バイアス印加のＶモードリペアで、電子結合が回復したものを表し、欠陥ＤＥＦ１２は、順バイアス印加のＶモードリペアで、不十分な結合電子が切れて無害化されたものを表している。
【００５６】
（Ａ−７）実施形態の効果
上記実施形態によれば、半導体特性を持つシート状電池の欠陥を適切に修復、無害化することができる。
【００５７】
ここで、レーザ等で物理的に異物や短絡部を除去したり、レジスト等で短絡欠陥のモトとなるピンホールを塞いだりするには先ず場所を特定しなければならないが、上記実施形態が適用している電気的リペアではその必要はない。予め有効とされている電気的刺激を与えた後に電気的特性を評価することでリペアするので、欠陥場所を特定して外部から物理的に修復する必要はない。
【００５８】
上記実施形態によれば、逆バイアスにより短絡部にジュール熱を発生させて蒸発乃至黒化（酸化）させて開放させる方法を適用するだけでなく、これに加えて、不充分な電子結合を断ち切るか、あるいは、結合を充分にするための動作をさせるようにしたので、単に欠陥を無害化するだけでなく、シート状電池の効率を向上させることができる。
【００５９】
上記実施形態のシーケンス（逆バイアスのＩモードリペア、Ｖモードリペア⇒順バイアスのＩモードリペア、Ｖモードリペア）によれば、電気的リペア動作の際に、デバイスに予想外のダメージを与えることを防止でき、リペア動作後や、異なるリペア動作間に、シート状電池から放電させて空充電状態に戻すことができる。
【００６０】
また、観点を変えて言えば、コントローラが、電気的刺激の種類を切り換える際には、空充電化や残留電荷の放出（なお、特許請求の範囲における空充電化手段による動作には、空充電化や残留電荷の放出の少なくとも一方が含まれている）させた後（図５のＳ１１０、図６のＳ２１１、図８のＳ３１６参照）、新たな種類の電気的刺激を、正電極及び負電極間に印加させるようにしたので、新たな種類の電気的刺激に切り替えても、デバイスに予想外のダメージを与えることを防止できる。
【００６１】
上記実施形態によれば、コントローラが、リペア装置が有する電気的刺激源が対応できる全種類の電気的刺激を順次、量子電池の正電極及び負電極間に印加させるように制御しているので（逆バイアスのＩモードリペア、逆バイアスのＶモードリペア、順バイアスのＩモードリペア、順バイアスのＶモードリペア）、リペアを最大限行うことができる。
【００６２】
（Ｂ）他の実施形態
本発明は、上記実施形態のものに限定されない。以下に、変形実施形態をいくつか例示する。
【００６３】
（Ｂ−１）上記実施形態では、Ｉモード（電流モード）リペアと、Ｖモード（電圧モード）リペアとを実行できるものを示したが、これらに加え、若しくは、これらの全て若しくは一部に代えて、Ｐモード（電力モード）リペアを実行できるようにしても良い。例えば、ジュール熱による短絡部の黒化は、正しく言えば、供給電流によってなされるより、供給電力によってなされているということができる。すなわち、Ｐモードリペアも適用できるものである。
【００６４】
図１０は、Ｐモードリペアにも対応できる変形実施形態のリペア装置１０Ａを示すブロック図であり、上記実施形態のリペア装置１０を示す図３との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。
【００６５】
図１０において、コントローラ４４Ａが、可変電流源２１によって所定の電流値（方向も規定される）を流すようにすると共に、可変電圧源３１によって所定の電圧値（方向も規定される）を印加させるようにすることにより、リペア対象の量子電池１に所定電力を印加する（流す）ことができる。すなわち、Ｐモードリペアを実行させることができる。
【００６６】
また、コントローラ４４Ａが、可変電圧源３１による一定電圧の印加を実行させずに、可変電流源２１による所定値の電流の供給を実行させることにより、Ｉモードリペアを実行できる。
【００６７】
さらに、コントローラ４４Ａが、可変電流源２１による一定電流の供給を実行させずに、可変電圧源３１による所定値の電圧印加を実行させることにより、Ｖモードリペアを実行できる。
【００６８】
（Ｂ−２）上記実施形態では、１つの電気的リペア装置が、逆バイアスのＩモードリペア及びＶモードリペア、順バイアスのＩモードリペア及びＶモードリペアを実行できるものを示したが、これら４つのリペアのうちの一部だけを実行できるように電気的リペア装置を構成しても良いことは勿論である。このようにした場合、仮に、４つのリペアを実行するためには、複数の電気的リペア装置で順次リペアを行うことを要する。
【００６９】
（Ｂ−３）上記実施形態では、逆バイアスのＩモードリペア及びＶモードリペア、順バイアスのＩモードリペア及びＶモードリペアの順に、４種類のリペアを行うものを示したが、電流監視機能や電圧監視機能を高めて、デバイスの損傷を未然に防止できるのであれば、リペアの順序は、上記実施形態の順序に限定されるものではない。
【００７０】
（Ｂ−４）上記実施形態においては、電気的刺激源である可変電流源又は可変電圧源は、その時点で指示された直流電流若しくは直流電圧を出力するものを示したが、可変電流源や可変電圧源に代え、電気的刺激源として任意波形発生器（ＡＷＧ）を適用し、ＤＣだけでなくＡＣ的な刺激を与えるようにしても良い。例えば、サイン波、矩形波、鋸歯状波、パルス波等である。直流による電流、電圧に、周波数成分によるエネルギーが加わり、リペア動作を効率的に行うことが可能となると思われる。
【００７１】
ここで、任意波形の周波数を、充電層の材質などが有する固有周波数に選定すると、効率良くエネルギーを加えることができる。
【００７２】
（Ｂ−５）上記実施形態では、リペアの種類の切替時に、空充電化若しくは残留電荷の放出を行うものを示したが、新たなリペアのスタート時の電流値や電圧値の選定などによっては、リペアの種類の切替時の空充電化や残留電荷の放出を省略するようにしても良い。
【００７３】
（Ｂ−６）上記実施形態では、どのリペア対象に対しても、同じシーケンスでリペアするものを示したが、過去のリペア時の情報をその後のリペア対象のリペアに反映させるようにしても良い。例えば、同じ材料と工程で製作された多数の量子電池に電気的リペアを適用し、リペア動作中に検出される電圧値や電流値の変化点を収集し、その変化点に対応する電気的刺激量を統計的に処理することにより、リペアが起きる条件を予想する。そして、電気的刺激を徐々に変化させるのではなく、狙った条件に即に電気的刺激を設定してリペアさせる。若しくは、狙った条件より少しずれた値から狙った条件に向けて電気的刺激を変化させる。このようにすると、スループットを向上させることが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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