(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体上に、シリコンを含むガスと窒素ガスとを用いた減圧化学的気相成長法により、ウィスカー群を含む結晶性シリコン層を形成する蓄電装置の作製方法であって、
前記シリコンを含むガスの流量は、１００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下であり、
前記窒素ガスの流量は、１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする蓄電装置の作製方法。
【請求項２】
集電体上に、シリコンを含むガスとヘリウムガスとを用いた減圧化学的気相成長法により、ウィスカー群を含む結晶性シリコン層を形成する蓄電装置の作製方法であって、
前記シリコンを含むガスの流量は、１００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下であり、
前記ヘリウムガスの流量は、１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする蓄電装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、蓄電装置及びその作製方法に関する。
【０００２】
なお、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。
【背景技術】
【０００３】
近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池等の、蓄電装置の開発が行われている。
【０００４】
蓄電装置用の電極は、集電体の表面に活物質を形成することにより作製される。活物質としては、例えば、キャリアとなるイオンの吸蔵及び放出が可能な材料（炭素、シリコン等）が用いられている。中でも、シリコン、リンがドープされたシリコンは、理論容量が炭素に比べて大きく、蓄電装置の大容量化という点において優れている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１０３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、シリコンを負極活物質等の活物質に用いても、理論容量ほど高い放電容量を得ることは困難である。
【０００７】
そこで、本発明の一態様では、放電容量の増大等により性能を向上させることが可能な構造を有する、蓄電装置及びその作製方法を提供することを課題とする。
【０００８】
又は、本発明の一態様では、充放電を繰り返すことによる電極の劣化の抑制等により性能を向上させることが可能な構造を有する、蓄電装置及びその作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態は、集電体上に、活物質層として、シリコンを含むガス及び窒素を用いた減圧化学的気相成長（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ウィスカー群を含む結晶性シリコン層を形成する蓄電装置の作製方法である。
【００１０】
上記において、シリコンを含むガスの流量は、１００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下であり、窒素の流量は１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
上記において、結晶性シリコン層の表面側には、ひげ状の突起（以下、ウィスカーともいう。）を複数有している。また、複数のウィスカーが群がり集まって、ウィスカー群を構成している。
【００１２】
又は、本発明の一形態は、集電体上に、活物質層として、シリコンを含むガス及びヘリウムを用いたＬＰＣＶＤ法により、ウィスカー群を含む結晶性シリコン層を形成する蓄電装置の作製方法である。
【００１３】
上記において、シリコンを含むガスの流量は１００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下であり、ヘリウムの流量は１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
上記において、結晶性シリコン層の表面側には、ひげ状の突起（ウィスカーともいう。）を含む突起を複数有している。また、複数のウィスカーが群がり集まって、ウィスカー群を構成している。
【００１５】
上記において、シリコンを含むガスは、水素化シリコン、フッ化シリコン、又は塩化シリコンを含むことが好ましい。
【００１６】
上記において、ＬＰＣＶＤ法における加熱温度は、５９５℃以上６５０℃未満であることが好ましい。
【００１７】
上記において、ＬＰＣＶＤ法における圧力は、１０Ｐａ以上１００Ｐａ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様により、放電容量の高い蓄電装置を提供することができる。又は、本発明の一態様により、放電容量の高い蓄電装置の作製方法を提供することができる。
【００１９】
又は、本発明の一態様により、充放電を繰り返すことによる電極の劣化が抑制された蓄電装置を提供することができる。又は、本発明の一態様により、充放電を繰り返すことによる電極の劣化が抑制された蓄電装置の作製方法を提供することができる。
【００２０】
又は、本発明の一態様により、性能の高い蓄電装置を提供することができる。又は、本発明の一態様により、性能の高い蓄電装置の作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】蓄電装置の電極の構造及びその作製方法を説明するための断面図である。
【図２】蓄電装置の電極の作製方法を説明するための断面図である。
【図３】蓄電装置の構造を説明するための平面図及び断面図である。
【図４】蓄電装置の応用形態を説明するための斜視図である。
【図５】蓄電装置の応用形態を説明するための斜視図である。
【図６】ＲＦ給電システムの構成を示すブロック図である。
【図７】ＲＦ給電システムの構成を示すブロック図である。
【図８】結晶性シリコン層のＳＥＭ写真である。
【図９】結晶性シリコン層のＳＥＭ写真である。
【図１０】蓄電装置の電極の構造及びその作製方法を説明するための断面図である。
【図１１】蓄電装置の電極の構造及びその作製方法を説明するための断面図である。
【図１２】蓄電装置の電極の構造及びその作製方法を説明するための断面図である。
【図１３】結晶性シリコン層のＳＥＭ写真である。
【図１４】結晶性シリコン層のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及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。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、蓄電装置の電極の構造及びその作製方法について、図１、図２、及び図１０を用いて説明する。
【００２４】
まず、集電体１０１を準備する（図１（Ａ）参照）。集電体１０１は、電極の集電体として機能する。
【００２５】
集電体１０１として、箔状、板状、又は網状の導電性部材を用いることができる。集電体１０１には、特に限定されないが、白金、アルミニウム、銅、チタン等に代表される導電性の高い金属元素を用いることができる。なお、集電体１０１として、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデン等の耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いてもよい。
【００２６】
また、集電体１０１として、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素を用いてもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。
【００２７】
又は、図２に示すように、電極の集電体として、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、インクジェット法、化学的気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて基板１１５上に形成した集電体１１１を用いてもよい。基板１１５として、例えばガラス基板を用いることができる。
【００２８】
次に、集電体１０１上に、熱ＣＶＤ法、好ましくはＬＰＣＶＤ法により、結晶性シリコン層を活物質層１０３として形成する（図１（Ａ）参照）。集電体１０１と、活物質層１０３として機能する結晶性シリコン層とによって、蓄電装置の電極が構成される。
【００２９】
本実施の形態では、活物質層１０３として、ＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコン層を形成する場合について説明する。なお、図１（Ａ）では、集電体１０１の一表面に活物質層１０３を形成する例を示しているが、活物質層として結晶性シリコン層を集電体の両面に形成してもよい。
【００３０】
ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコン層の形成は、材料ガスとしてシリコンを含むガスを用い、希釈ガスとして窒素を混合させて行う。シリコンを含むガスとしては、水素化シリコン、フッ化シリコン、塩化シリコン等のガスがあり、代表的には、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、四フッ化珪素（ＳｉＦ４）、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、六塩化二珪素（Ｓｉ２Ｃｌ６）等を用いることができる。
【００３１】
なお、結晶性シリコン層に、リン、ボロン等の一導電型を付与する不純物元素を添加してもよい。リン、ボロン等の一導電型を付与する不純物元素を添加することで結晶性シリコン層における導電性が高くなるため、電極の導電率を高めることができる。このため、蓄電装置の放電容量又は充電容量を高めることができる。
【００３２】
ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコン層の形成において、加熱温度は、５５０℃より高い温度で、且つ、ＬＰＣＶＤ装置及び集電体１０１が耐えうる温度以下、好ましくは５９５℃以上６５０℃未満とする。
【００３３】
また、シリコンを含むガスの流量は１００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下、窒素の流量は１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下とする。
【００３４】
また、ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコン層の形成は、１０Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力において行う。
【００３５】
なお、活物質層１０３として、ＬＰＣＶＤ法で形成した結晶性シリコン層を用いることで、集電体１０１と活物質層１０３との界面における電子の移動が容易になると共に、密着性を高めることができる。これは、結晶性シリコン層の堆積工程において、材料ガスの活性種が常に堆積中の結晶性シリコン層に供給され、結晶性シリコン層に低密度な領域が形成されにくくなるためである。また、気相成長により集電体１０１上に結晶性シリコン層を形成するため、蓄電装置の生産性を向上させることができる。
【００３６】
また、ＬＰＣＶＤ法を用いることにより、一回の堆積工程によって、集電体１０１の表面及び裏面に対して結晶性シリコン層を形成することができる。そのため、集電体１０１及びその両面に形成した活物質層として結晶性シリコン層を用いて蓄電装置の電極を構成する場合に、工程数を削減することができる。例えば、積層型の蓄電装置を作製する場合に有効である。
【００３７】
図１（Ａ）の破線で囲まれた領域１０５における、集電体１０１及び活物質層１０３を拡大した図を図１（Ｂ）に示す。
【００３８】
シリコンを含むガスに窒素を混合させてＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコン層を形成することで、図１（Ｂ）のように、活物質層１０３にウィスカー群を形成することができる。
【００３９】
活物質層１０３は、結晶性シリコン領域１０３ａと、結晶性シリコン領域１０３ａ上に形成されたウィスカー群からなる結晶性シリコン領域１０３ｂとを有する。
【００４０】
なお、結晶性シリコン領域１０３ａと結晶性シリコン領域１０３ｂとの境界は、明確ではない。そのため、本実施の形態では、結晶性シリコン領域１０３ｂの複数の突起の間に形成される谷のうち最も深い谷の底を通り、かつ集電体１０１の表面と平行な平面を、結晶性シリコン領域１０３ａと結晶性シリコン領域１０３ｂとの境界として扱う。
【００４１】
結晶性シリコン領域１０３ａは、集電体１０１を覆うように設けられている。
【００４２】
結晶性シリコン領域１０３ｂにおいて、複数のひげ状の突起（ウィスカーともいう。）が群がり集まって、ウィスカー群を構成している。
【００４３】
ウィスカー群を構成する複数のウィスカーの大部分は、針状の突起（円錐状の突起や角錐状の突起を含む）であり、その頂部は尖っている。
【００４４】
ウィスカー群を構成する複数のウィスカーの大部分が針状の突起であることにより、活物質層１０３における単位質量当たりの表面積を大きくすることができる。
【００４５】
表面積を大きくすることで、蓄電装置の反応物質（リチウムイオン等）が結晶性シリコンに吸蔵される速度、又は反応物質が結晶性シリコンから放出される速度が、単位質量当たりで増大する。反応物質の吸蔵又は放出の速度が増大することで、高電流密度での反応物質の吸蔵量又は放出量が増大するため、蓄電装置の放電容量又は充電容量を高めることができる。
【００４６】
このように、活物質層がウィスカー群からなる結晶性シリコン層を有し、ウィスカー群に針状の突起を多く含ませることで、蓄電装置の性能を向上させることができる。
【００４７】
また、複数のウィスカーが群がり集まって構成されたウィスカー群は、複数のウィスカーが密集しており（ウィスカー群を構成するウィスカーの数が多く）、また、ウィスカー群の大部分を占める針状の突起はその形状が細長いため、突起同士を絡ませることができる。そのため、蓄電装置の充放電において突起が脱離するのを防ぐことができる。よって、充放電を繰り返すことによる電極の劣化を低減し、蓄電装置を長時間使用することができる。
【００４８】
また、複数のウィスカーが群がり集まって構成されたウィスカー群は、複数のウィスカーが密集することにより、ウィスカーの形状が細長くても折れにくくなる。そのため、厚さ方向における活物質層の強度が高くなる。活物質層の強度が高くなることで、充放電を繰り返すことによる電極の劣化を低減することができる。また、活物質層の強度が高くなることで、振動等による電極の劣化を低減することができる。よって、蓄電装置の耐久性等の性能を向上させることができる。
【００４９】
なお、複数の突起は、柱状の突起（円柱状の突起や角柱状の突起を含む）を含んでいてもよい。また、枝分かれした部位を有する突起や、屈曲した部位を有する突起を含んでいてもよい。
【００５０】
針状の突起の径は、５μｍ以下である。また、針状の突起の軸における長さは、５μｍ以上３０μｍ以下である。なお、針状の突起の軸における長さとは、突起の頂点を通る軸における、突起の頂点と結晶性シリコン領域１０３ａとの距離に相当する。
【００５１】
また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂの厚さは、５μｍ以上２０μｍ以下である。なお、結晶性シリコン領域１０３ｂの厚さとは、突起の頂点から結晶性シリコン領域１０３ａの表面までの垂線の長さに相当する。
【００５２】
図１（Ｂ）において、ウィスカー群を構成する複数の突起は、長手方向が揃っていない。そのため、図１（Ｂ）では、突起の長手断面形状の他に突起の輪切り断面形状が混在している状態を、円形の領域１０３ｄで示している。ここで、長手方向とは、針状の突起が結晶性シリコン領域１０３ａから伸張する方向であり、長手断面形状とは、長手方向に沿った断面形状という。また、輪切り断面形状とは、長手方向に垂直な方向に沿った断面形状をいう。
【００５３】
図１（Ｂ）のように、複数の突起の長手方向が不揃いであると、突起同士が絡みやすくなり、蓄電装置の充放電において突起が脱離しにくく、充放電特性を安定させることができる。
【００５４】
なお、図１（Ｂ）に示すように、集電体１０１と活物質層１０３との間に、層１０７（物質層ともいう。）を形成してもよい。
【００５５】
層１０７を設けることで、集電体１０１と活物質層１０３との界面における抵抗を低減することができるため、蓄電装置の放電容量又は充電容量を高めることができる。また、層１０７によって集電体１０１と活物質層１０３との間の密着性を高めることができるため、蓄電装置の劣化を低減することができる。
【００５６】
例えば、層１０７は、集電体１０１を構成する金属元素と活物質層１０３を構成するシリコンとの混合層であってもよい。この場合、ＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコン層を活物質層１０３として形成する際の加熱により、結晶性シリコン層に含まれるシリコンを集電体１０１に拡散させることで、層１０７を形成することができる。
【００５７】
また、層１０７は、集電体１０１を構成する金属元素と活物質層１０３を構成するシリコンとの化合物層（シリサイドを有する層）であってもよい。この場合、集電体１０１を構成する金属元素は、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素とする。シリサイドとしては、ジルコニウムシリサイド、チタンシリサイド、ハフニウムシリサイド、バナジウムシリサイド、ニオブシリサイド、タンタルシリサイド、クロムシリサイド、モリブデンシリサイド、タングステンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド等がある。
【００５８】
なお、図１（Ｂ）に示すように、集電体１０１と活物質層１０３との間に、金属酸化物層１０９を形成してもよい。金属酸化物層１０９は、集電体１０１を構成する金属元素の酸化物層である。なお、層１０７を有する場合、金属酸化物層１０９は層１０７上に設けられる。
【００５９】
金属酸化物層１０９を設けることで、集電体１０１と活物質層１０３との間の抵抗を低減することができるため、電極の導電率を高めることができる。そのため、反応物質が吸蔵又は放出する速度を増大させることができ、蓄電装置の放電容量又は充電容量を高めることができる。
【００６０】
金属酸化物層１０９は、ＬＰＣＶＤ装置の石英製のチャンバーから酸素が脱離し、集電体１０１が酸化されることで形成される。なお、ＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコン層を形成する際、チャンバー内に、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスを充填すると、金属酸化物層１０９は形成されない。
【００６１】
例えば、集電体１０１を、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タングステン等で形成する場合、金属酸化物層１０９は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タングステン等の酸化物半導体で形成される。
【００６２】
なお、活物質層１０３として結晶性シリコン層を用いると、当該結晶性シリコン層の表面に導電性の低い自然酸化膜などの酸化膜が形成されてしまう場合がある。そして、充放電の際に、この自然酸化膜などの酸化膜に過剰な負荷が掛かると、電極の機能が低下して、蓄電装置のサイクル特性の向上を妨げる可能性がある。
【００６３】
この場合、活物質層１０３の表面に形成される自然酸化膜などの酸化膜を除去し、当該自然酸化膜などの酸化膜が設けられていない活物質層１０３の表面に、導電性を有する層１０００を形成するとよい（図１０参照）。
【００６４】
自然酸化膜などの酸化膜は、フッ酸を含む溶液、又はフッ酸を含む水溶液をエッチャントとするウェットエッチング処理によって除去することができる。また、自然酸化膜などの酸化膜が除去できるのならば、ドライエッチング処理を用いても良い。また、ウェットエッチング処理とドライエッチング処理とを組み合わせて用いてもよい。ドライエッチング処理としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法などを用いることができる。
【００６５】
導電性を有する層１０００は、自然酸化膜などの酸化膜よりも導電性の高いものを用いる。これにより、活物質層１０３の表面が自然酸化膜などの酸化膜に覆われている場合と比較して、蓄電装置の電極表面の導電性が向上する。よって、充放電の際に、自然酸化膜などの酸化膜に過剰な負荷が掛かって電極の機能が低下するのを防ぐことができるため、蓄電装置のサイクル特性を向上させることができる。
【００６６】
導電性を有する層１０００は、銅、ニッケル、チタン、マンガン、コバルト、鉄などに代表される、導電性の高い金属元素を用いて形成することができる。特に、銅又はニッケルを用いて形成するのが好ましい。導電性を有する層１０００は、上記の金属元素の一以上を含めば良く、金属層としてもよいし、化合物層としても良いし、活物質層１０３のシリコンとシリサイドを形成しても良い。例えば、導電性を有する層１０００としてリン酸鉄などの化合物を用いても良い。
【００６７】
なお、導電性を有する層１０００として、銅又はニッケルなどの、リチウムとの反応性が低い元素を用いるのが好ましい。銅又はニッケルなどを用いた導電性を有する層１０００で活物質層１０３を覆うことにより、リチウムイオンの吸収放出による体積変化によって剥離するシリコンを活物質層１０３にとどめておくことができる。よって、充放電を繰り返しても活物質層１０３が壊れるのを防ぐことができるため、蓄電装置のサイクル特性を向上させることができる。
【００６８】
また、導電性を有する層１０００は、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いて形成することができる。特に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いるのが好ましい。
【００６９】
以上により、蓄電装置の電極を作製することができる。
【００７０】
本実施の形態は、他の実施の形態又は実施例と適宜組み合わせて実施することができる。
【００７１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、蓄電装置の電極の構造及びその作製方法について、図１１及び図１２を用いて説明する。
【００７２】
まず、集電体１１０１を準備する（図１１（Ａ）参照）。集電体１１０１は、電極の集電体として機能する。
【００７３】
集電体１１０１として、実施の形態１で説明した集電体１０１と同様の材料を用いることができる。
【００７４】
又は、実施の形態１で図２を用いて説明したのと同様に、電極の集電体として、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、インクジェット法、ＣＶＤ法等を用いて基板上に形成した集電体を用いてもよい。基板として、例えばガラス基板を用いることができる。
【００７５】
次に、集電体１１０１上に、熱ＣＶＤ法、好ましくはＬＰＣＶＤ法により、結晶性シリコン層を活物質層１１０３として形成する（図１１（Ａ）参照）。集電体１１０１と、活物質層１１０３として機能する結晶性シリコン層とによって、蓄電装置の電極が構成される。
【００７６】
本実施の形態では、活物質層１１０３として、ＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコン層を形成する場合について説明する。なお、図１１（Ａ）では、集電体１１０１の一表面に活物質層１１０３を形成する例を示しているが、活物質層として結晶性シリコン層を集電体の両面に形成してもよい。
【００７７】
ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコン層の形成は、材料ガスとしてシリコンを含むガスを用い、希釈ガスとしてヘリウムを混合させて行う。シリコンを含むガスとしては、実施の形態１で説明した材料ガスを用いることができる。なお、希釈ガスとして、ヘリウム以外の希ガス（例えば、アルゴン）を用いてもよい。
【００７８】
なお、結晶性シリコン層に、リン、ボロン等の一導電型を付与する不純物元素を添加してもよい。リン、ボロン等の一導電型を付与する不純物元素を添加することで結晶性シリコン層における導電性が高くなるため、電極の導電率を高めることができる。このため、蓄電装置の放電容量又は充電容量を高めることができる。
【００７９】
ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコン層の形成において、加熱温度は、５５０℃より高い温度で、且つ、ＬＰＣＶＤ装置及び集電体１１０１が耐えうる温度以下、好ましくは５９５℃以上６５０℃未満とする。
【００８０】
また、シリコンを含むガスの流量は１００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下、ヘリウムの流量は１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下とする。
【００８１】
また、ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコン層の形成は、１０Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力において行う。
【００８２】
なお、活物質層１１０３として、ＬＰＣＶＤ法で形成した結晶性シリコン層を用いることで、集電体１１０１と活物質層１１０３との界面における電子の移動が容易になると共に、密着性を高めることができる。これは、結晶性シリコン層の堆積工程において、材料ガスの活性種が常に堆積中の結晶性シリコン層に供給され、結晶性シリコン層に低密度な領域が形成されにくくなるためである。また、気相成長により集電体１１０１上に結晶性シリコン層を形成するため、蓄電装置の生産性を向上させることができる。
【００８３】
また、ＬＰＣＶＤ法を用いることにより、一回の堆積工程によって、集電体１１０１の表面及び裏面に対して結晶性シリコン層を形成することができる。そのため、集電体１１０１及びその両面に形成した活物質層として結晶性シリコン層を用いて蓄電装置の電極を構成する場合に、工程数を削減することができる。例えば、積層型の蓄電装置を作製する場合に有効である。
【００８４】
図１１（Ａ）の破線で囲まれた領域１１０５における、集電体１１０１及び活物質層１１０３を拡大した図を図１１（Ｂ）に示す。
【００８５】
シリコンを含むガスにヘリウムを混合させてＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコン層を形成することで、図１１（Ｂ）のように、活物質層１１０３にウィスカー群を形成することができる。
【００８６】
活物質層１１０３は、結晶性シリコン領域１１０３ａと、結晶性シリコン領域１１０３ａ上に形成されたウィスカー群からなる結晶性シリコン領域１１０３ｂとを有する。
【００８７】
なお、結晶性シリコン領域１１０３ａと結晶性シリコン領域１１０３ｂとの境界は、明確ではない。そのため、本実施の形態では、結晶性シリコン領域１１０３ｂの複数の突起の間に形成される谷のうち最も深い谷の底を通り、かつ集電体１１０１の表面と平行な平面を、結晶性シリコン領域１１０３ａと結晶性シリコン領域１１０３ｂとの境界として扱う。
【００８８】
結晶性シリコン領域１１０３ａは、集電体１１０１を覆うように設けられている。
【００８９】
結晶性シリコン領域１１０３ｂにおいて、複数のひげ状の突起（ウィスカーともいう。）が群がり集まって、ウィスカー群を構成している。
【００９０】
ウィスカー群を構成する複数のウィスカーの大部分は、針状の突起（円錐状の突起や角錐状の突起を含む）であり、その頂部は尖っている。なお、ウィスカー群は、針状の突起の他に、柱状の突起（円柱状の突起や角柱状の突起を含む）を含んでいてもよい。
【００９１】
ウィスカー群を構成する複数のウィスカーの大部分が針状の突起であることにより、活物質層１１０３における単位質量当たりの表面積を大きくすることができる。
【００９２】
表面積を大きくすることで、蓄電装置の反応物質（リチウムイオン等）が結晶性シリコンに吸蔵される速度、又は反応物質が結晶性シリコンから放出される速度が、単位質量当たりで増大する。反応物質の吸蔵又は放出の速度が増大することで、高電流密度での反応物質の吸蔵量又は放出量が増大するため、蓄電装置の放電容量又は充電容量を高めることができる。
【００９３】
このように、活物質層がウィスカー群からなる結晶性シリコン層を有する。そして、ウィスカー群に針状の突起を多く含ませることで、蓄電装置の性能を向上させることができる。
【００９４】
また、複数のウィスカーが群がり集まって構成されたウィスカー群は、複数のウィスカーが密集しており（ウィスカー群を構成するウィスカーの数が多く）、また、ウィスカー群の大部分を占める針状の突起はその形状が細長いため、突起同士を絡ませることができる。そのため、蓄電装置の充放電において突起が脱離するのを防ぐことができる。よって、充放電を繰り返すことによる電極の劣化を低減し、蓄電装置を長時間使用することができる。
【００９５】
また、複数のウィスカーが群がり集まって構成されたウィスカー群は、複数のウィスカーが密集することにより、ウィスカーの形状が細長くても折れにくくなる。そのため、厚さ方向における活物質層の強度が高くなる。活物質層の強度が高くなることで、充放電を繰り返すことによる電極の劣化を低減することができる。また、活物質層の強度が高くなることで、振動等による電極の劣化を低減することができる。よって、蓄電装置の耐久性等の性能を向上させることができる。
【００９６】
なお、複数の突起は、枝分かれした部位を有する突起や、屈曲した部位を有する突起を含んでいてもよい。
【００９７】
針状の突起の径は、５μｍ以下である。また、突起の軸における長さは、５μｍ以上３０μｍ以下である。なお、針状の突起の軸における長さとは、突起の頂点を通る軸における、突起の頂点と結晶性シリコン領域１１０３ａとの距離に相当する。
【００９８】
また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１１０３ｂの厚さは、５μｍ以上２０μｍ以下である。なお、結晶性シリコン領域１１０３ｂの厚さとは、突起の頂点から結晶性シリコン領域１１０３ａの表面までの垂線の長さに相当する。
【００９９】
図１１（Ｂ）において、ウィスカー群を構成する複数の突起は、長手方向が揃っていない。そのため、図１１（Ｂ）では、突起の長手断面形状の他に突起の輪切り断面形状が混在している状態を、円形の領域１１０３ｄで示している。ここで、長手方向とは、針状の突起が結晶性シリコン領域１１０３ａから伸張する方向であり、長手断面形状とは、長手方向に沿った断面形状という。また、輪切り断面形状とは、長手方向に垂直な方向に沿った断面形状をいう。
【０１００】
図１１（Ｂ）のように、複数の突起の長手方向が不揃いであると、突起同士が絡みやすくなり、蓄電装置の充放電において突起が脱離しにくく、充放電特性を安定させることができる。
【０１０１】
なお、図１１（Ｂ）に示すように、集電体１１０１と活物質層１１０３との間に、層１１０７（物質層ともいう。）を形成してもよい。
【０１０２】
層１１０７を設けることで、集電体１１０１と活物質層１１０３との界面における抵抗を低減することができるため、蓄電装置の放電容量又は充電容量を高めることができる。また、層１１０７によって集電体１１０１と活物質層１１０３との間の密着性を高めることができるため、蓄電装置の劣化を低減することができる。
【０１０３】
層１１０７としては、実施の形態１で説明した層１０７と同様の材料を用いることができる。また、層１１０７は、実施の形態１で説明した層１０７と同様の方法で形成することができる。
【０１０４】
なお、活物質層１１０３として結晶性シリコン層を用いると、当該結晶性シリコン層の表面に導電性の低い自然酸化膜などの酸化膜が形成されてしまう場合がある。そして、充放電の際に、この自然酸化膜などの酸化膜に過剰な負荷が掛かると、電極の機能が低下して、蓄電装置のサイクル特性の向上を妨げる可能性がある。
【０１０５】
この場合、活物質層１１０３の表面に形成される自然酸化膜などの酸化膜を除去し、当該自然酸化膜などの酸化膜が設けられていない活物質層１１０３の表面に、導電性を有する層２０００を形成するとよい（図１２参照）。
【０１０６】
自然酸化膜などの酸化膜は、フッ酸を含む溶液、又はフッ酸を含む水溶液をエッチャントとするウェットエッチング処理によって除去することができる。また、自然酸化膜などの酸化膜が除去できるのならば、ドライエッチング処理を用いても良い。また、ウェットエッチング処理とドライエッチング処理とを組み合わせて用いてもよい。ドライエッチング処理としては、平行平板型ＲＩＥ法や、ＩＣＰエッチング法などを用いることができる。
【０１０７】
導電性を有する層２０００としては、実施の形態１で説明した導電性を有する層１０００と同様の材料を用いることができる。また、導電性を有する層２０００は、実施の形態１で説明した導電性を有する層１０００と同様の方法で形成することができる。
【０１０８】
以上により、蓄電装置の電極を作製することができる。
【０１０９】
本実施の形態は、他の実施の形態又は実施例と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１１０】
（実施の形態３）
本実施の形態では、蓄電装置の構造について、図３を用いて説明する。
【０１１１】
はじめに、蓄電装置の一例として、二次電池の構造について、以下に説明する。
【０１１２】
二次電池の中でも、ＬｉＣｏＯ２等のリチウム含有金属酸化物を用いたリチウムイオン電池は、放電容量が高く、安全性が高い。ここでは、二次電池の代表例であるリチウムイオン電池の構造について、説明する。
【０１１３】
図３（Ａ）は、蓄電装置１５１の平面図であり、図３（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂの断面図を図３（Ｂ）に示す。
【０１１４】
図３（Ａ）に示す蓄電装置１５１は、外装部材１５３の内部に蓄電セル１５５を有する。また、蓄電セル１５５に接続する端子部１５７、端子部１５９を有する。外装部材１５３には、ラミネートフィルム、高分子フィルム、金属フィルム、金属ケース、プラスチックケース等を用いることができる。
【０１１５】
図３（Ｂ）に示すように、蓄電セル１５５は、負極１６３と、正極１６５と、負極１６３と正極１６５との間に設けられたセパレータ１６７と、外装部材１５３中に満たされる電解質１６９と、で構成される。
【０１１６】
負極１６３は、負極集電体１７１及び負極活物質層１７３で構成される。負極１６３として、実施の形態１に示す電極、又は、実施の形態２に示す電極を用いることができる。
【０１１７】
負極活物質層１７３には、実施の形態１に示す結晶性シリコン層で形成される活物質層１０３、又は、実施の形態２に示す結晶性シリコン層で形成される活物質層１１０３を用いることができる。
【０１１８】
なお、結晶シリコン層にリチウムをプリドープしてもよい。また、ＬＰＣＶＤ装置において、負極集電体１７１の両面を用いて電極を構成する場合に、負極集電体１７１を枠状のサセプターで保持しながら結晶性シリコン層で形成される負極活物質層１７３を形成することで、負極集電体１７１の両面に同時に負極活物質層１７３を形成することが可能であるため、工程数を削減することができる。
【０１１９】
正極１６５は、正極集電体１７５及び正極活物質層１７７で構成される。負極活物質層１７３は、負極集電体１７１の一方又は両方の面に形成される。正極活物質層１７７は、正極集電体１７５の一方の面に形成される。
【０１２０】
また、負極集電体１７１は、端子部１５９と接続する。また、正極集電体１７５は、端子部１５７と接続する。また、端子部１５７、端子部１５９は、それぞれ一部が外装部材１５３の外側に導出されている。
【０１２１】
なお、本実施の形態では、蓄電装置１５１として、密封された薄型蓄電装置を示したが、ボタン型蓄電装置、円筒型蓄電装置、角型蓄電装置等、様々な形状の蓄電装置を用いることができる。また、本実施の形態では、正極、負極、及びセパレータが積層された構造を示したが、正極、負極、及びセパレータが捲回された構造であってもよい。
【０１２２】
正極集電体１７５には、アルミニウム、ステンレス等を用いる。正極集電体１７５には、箔状、板状、網状等の形状を適宜用いることができる。
【０１２３】
正極活物質層１７７には、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＭｎ２ＰＯ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ５、ＭｎＯ２、その他のリチウム化合物を材料として用いることができる。なお、キャリアイオンが、リチウム以外のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンなどの場合、正極活物質層１７７として、上記リチウム化合物においてリチウムの代わりに、アルカリ金属（例えば、ナトリウムやカリウム等）、又はアルカリ土類金属（例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等）、ベリリウム、マグネシウムを用いることもできる。
【０１２４】
電解質１６９の溶質には、キャリアイオンであるリチウムイオンを移送可能で、且つリチウムイオンが安定に存在する材料を用いる。電解質１６９の溶質の代表例としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等のリチウム塩がある。なお、キャリアイオンが、リチウム以外のアルカリ金属イオン、又はアルカリ土類金属イオンの場合、電解質１６９の溶質として、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩等のアルカリ土類金属塩、又はベリリウム塩、マグネシウム塩等を適宜用いることができる。
【０１２５】
また、電解質１６９の溶媒としては、リチウムイオンの移送が可能な材料を用いる。電解質１６９の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の代表例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等があり、これらの一つ又は複数を用いることができる。また、電解質１６９の溶媒として、ゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性を含めた安全性が高まる。また、蓄電装置１５１の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子材料の代表例としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。
【０１２６】
また、電解質１６９として、Ｌｉ３ＰＯ４等の固体電解質を用いることができる。
【０１２７】
セパレータ１６７には、絶縁性の多孔体を用いる。セパレータ１６７の代表例としては、セルロース（紙）、ポリエチレン、ポリプロピレン等がある。
【０１２８】
リチウムイオン電池は、メモリー効果が小さく、エネルギー密度が高く、放電容量が大きい。また、動作電圧が高い。これらのため、小型化及び軽量化が可能である。また、充放電を繰り返すことによる劣化が少なく、長期間の使用が可能であり、コスト削減が可能である。
【０１２９】
次に、蓄電装置の他の一例として、キャパシタについて以下に説明する。キャパシタの代表例としては、二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等がある。
【０１３０】
キャパシタの場合は、図３（Ａ）に示す二次電池の正極活物質層１７７の代わりに、リチウムイオン及び／又はアニオンを可逆的に吸蔵できる材料を用いればよい。当該材料の代表例としては、活性炭、導電性高分子、ポリアセン有機半導体（ＰＡＳ）がある。
【０１３１】
リチウムイオンキャパシタは、充放電の効率が高く、急速充放電が可能であり、繰り返し利用による寿命も長い。
【０１３２】
負極１６３に実施の形態１に示す負極を用いることで、放電容量が高く、充放電を繰り返すことによる電極の劣化を低減した蓄電装置を作製することができる。又は、負極１６３に実施の形態２に示す負極を用いることで、放電容量が高く、充放電を繰り返すことによる電極の劣化を低減した蓄電装置を作製することができる。
【０１３３】
また、蓄電装置の一形態である空気電池の負極に実施の形態１に示す集電体及び活物質層を用いることで、放電容量が高く、充放電を繰り返すことによる電極の劣化を低減した蓄電装置を作製することができる。又は、蓄電装置の一形態である空気電池の負極に実施の形態２に示す集電体及び活物質層を用いることで、放電容量が高く、充放電を繰り返すことによる電極の劣化を低減した蓄電装置を作製することができる。
【０１３４】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態３で説明した蓄電装置の応用形態について、図４及び図５を用いて説明する。
【０１３５】
実施の形態３で説明した蓄電装置は、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう。）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置等の電子機器に用いることができる。また、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子等の電気推進車両に用いることができる。ここでは、携帯情報端末の例として電子辞書と、電気推進車両の例として車椅子について説明する。
【０１３６】
図４は電子辞書の斜視図である。なお、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の裏側を示している。
【０１３７】
電子辞書の本体４２０は、筐体４００、表示部４０２、表示部４０４、記録媒体挿入部４０６、外部接続用端子部４０８、スピーカー４１０、操作キー４１２、電池取り付け部４１８を有している。また、本体４２０には、イヤホン４１６を取り付けるための端子部や、スタイラスペン４１４を本体４２０とともに持ち運ぶための収納部等が設けられていてもよい。
【０１３８】
本体４２０の電池取り付け部４１８には、電子辞書の電源として、充電可能な電池（又は電池パック）を取り付ける。当該電池は繰り返し充電して用いることができるため、乾電池のように使い捨てることがなく、経済的である。
【０１３９】
電池の充電は、電池を本体４２０に取り付けたままで行うことができる。この場合、外部の電源装置と接続するためのコネクタを外部接続用端子部４０８に差し込み、外部接続用端子部４０８を介して外部の電源装置によって電池を充電することができる。又は、電池を本体４２０から取り外して充電器に取り付けることで、電池を充電する構成としてもよい。
【０１４０】
表示部４０２又は表示部４０４には、バッテリー残量を表示してもよい。又は、本体４２０にライトを設けて、バッテリー残量に応じてライトの状態を点灯／非点灯としてもよい。使用者は、バッテリー残量を確認して電池を充電するタイミングを判断することができる。
【０１４１】
実施の形態３で説明した蓄電装置を、電池（又は電池パック）に用いることができる。
【０１４２】
図５は電動式の車椅子５０１の斜視図である。
【０１４３】
電動式の車椅子５０１は、使用者が座る座部５０３、座部５０３の後方に設けられた背もたれ５０５、座部５０３の前下方に設けられたフットレスト５０７、座部５０３の左右に設けられたアームレスト５０９、背もたれ５０５の上部後方に設けられたハンドル５１１を有する。
【０１４４】
アームレスト５０９の一方には、車椅子５０１の動作を制御するコントローラ５１３が設けられている。座部５０３の下方のフレーム５１５を介して、座部５０３の前下方には、一対の前輪５１７が設けられ、座部５０３の後下方には、一対の後輪５１９が設けられている。後輪５１９は、モータ、ブレーキ、ギア等を有する駆動部５２１に接続される。座部５０３の下方には、バッテリー、電力制御部、制御手段等を有する制御部５２３が設けられている。制御部５２３は、コントローラ５１３及び駆動部５２１と接続しており、使用者によるコントローラ５１３の操作により、制御部５２３を介して駆動部５２１が駆動し、電動式の車椅子５０１の前進、後進、旋回等の動作、及び速度を制御する。
【０１４５】
実施の形態３で説明した蓄電装置を、制御部５２３のバッテリーに用いることができる。
【０１４６】
制御部５２３のバッテリーは、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力供給により、充電をすることができる。
【０１４７】
なお、電気推進車両が鉄道用電気車両の場合、架線や導電軌条からの電力供給により、バッテリーの充電をすることができる。
【０１４８】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る蓄電装置の一例である二次電池を、無線給電システム（以下、ＲＦ給電システムともいう。）に用いた場合の一例を、図６及び図７のブロック図を用いて説明する。なお、各ブロック図では、受電装置及び給電装置内の構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとして示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが困難であり、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
【０１４９】
はじめに、ＲＦ給電システムの一例について図６を用いて説明する。
【０１５０】
受電装置６００は、給電装置７００から供給された電力で駆動する電子機器又は電気推進車両に適用される。その他にも、受電装置６００を電力で駆動する装置に適宜適用することができる。電子機器の代表例としては、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう。）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、表示装置、コンピュータ等がある。また、電気推進車両の代表例としては、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子等がある。また、給電装置７００は、受電装置６００に電力を供給する機能を有する。
【０１５１】
図６において、受電装置６００は、受電装置部６０１と、電源負荷部６１０とを有する。受電装置部６０１は、受電装置用アンテナ回路６０２と、信号処理回路６０３と、二次電池６０４とを少なくとも有する。また、給電装置７００は、給電装置用アンテナ回路７０１と、信号処理回路７０２とを少なくとも有する。
【０１５２】
受電装置用アンテナ回路６０２は、給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号を受け取る、又は、給電装置用アンテナ回路７０１に信号を発信する機能を有する。信号処理回路６０３は、受電装置用アンテナ回路６０２が受信した信号を処理し、二次電池６０４の充電、及び二次電池６０４から電源負荷部６１０への電力の供給を制御する機能を有する。また、信号処理回路６０３は、受電装置用アンテナ回路６０２の動作を制御する機能を有する。このようにして、受電装置用アンテナ回路６０２が発信する信号の強度、周波数等を制御することができる。
【０１５３】
電源負荷部６１０は、二次電池６０４から電力を受け取り、受電装置６００を駆動する駆動部である。電源負荷部６１０の代表例としては、モータ、駆動回路等がある。その他にも、電源負荷部６１０として、電力を受け取って受電装置６００を駆動する装置を適宜用いることができる。
【０１５４】
また、給電装置用アンテナ回路７０１は、受電装置用アンテナ回路６０２に信号を送る、又は、受電装置用アンテナ回路６０２から信号を受け取る機能を有する。信号処理回路７０２は、給電装置用アンテナ回路７０１が受信した信号を処理する機能を有する。また、信号処理回路７０２は、給電装置用アンテナ回路７０１の動作を制御する機能を有する。このようにして、給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号の強度、周波数等を制御することができる。
【０１５５】
本発明の一態様に係る二次電池は、図６で説明したＲＦ給電システムにおける受電装置６００が有する二次電池６０４として利用される。
【０１５６】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、従来の二次電池に比べて蓄電量を増やすことができる。よって、無線給電の時間間隔を延ばすことができるため、何度も給電する手間を省くことができる。
【０１５７】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、電源負荷部６１０を駆動するための蓄電量が従来と同じであれば、受電装置６００の小型化及び軽量化が可能である。従って、トータルコストを減らすことができる。
【０１５８】
次に、ＲＦ給電システムの他の例について図７を用いて説明する。
【０１５９】
図７において、受電装置６００は、受電装置部６０１と、電源負荷部６１０とを有する。受電装置部６０１は、受電装置用アンテナ回路６０２と、信号処理回路６０３と、二次電池６０４と、整流回路６０５と、変調回路６０６と、電源回路６０７とを、少なくとも有する。また、給電装置７００は、給電装置用アンテナ回路７０１と、信号処理回路７０２と、整流回路７０３と、変調回路７０４と、復調回路７０５と、発振回路７０６とを、少なくとも有する。
【０１６０】
受電装置用アンテナ回路６０２は、給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号を受け取る、又は、給電装置用アンテナ回路７０１に信号を発信する機能を有する。給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号を受電装置用アンテナ回路６０２が受け取る場合、整流回路６０５は、受電装置用アンテナ回路６０２が受信した信号から直流電圧を生成する機能を有する。信号処理回路６０３は、受電装置用アンテナ回路６０２が受信した信号を処理し、二次電池６０４の充電、及び、二次電池６０４から電源回路６０７への電力の供給を制御する機能を有する。電源回路６０７は、二次電池６０４が蓄電している電圧を、電源負荷部６１０に必要な電圧に変換する機能を有する。変調回路６０６は、受電装置６００から給電装置７００へ信号を送信する（何らかの応答をする）場合に使用される。
【０１６１】
電源回路６０７を有することで、電源負荷部６１０に供給する電力を制御することができる。このため、電源負荷部６１０に過電圧が印加されることを低減することが可能であり、受電装置６００の劣化や破壊を低減することができる。
【０１６２】
また、変調回路６０６を有することで、受電装置６００から給電装置７００へ信号を送信することが可能である。このため、受電装置６００の充電量を判断し、一定量の充電が行われた場合に、受電装置６００から給電装置７００に信号を送信し、給電装置７００から受電装置６００への給電を停止させることができる。この結果、二次電池６０４の充電量を１００％としないことで、二次電池６０４の充電回数を増加させることが可能である。
【０１６３】
また、給電装置用アンテナ回路７０１は、受電装置用アンテナ回路６０２に信号を送る、又は、受電装置用アンテナ回路６０２から信号を受け取る機能を有する。受電装置用アンテナ回路６０２に信号を送る場合、信号処理回路７０２は、受電装置６００に送信する信号を生成する機能を有する。発振回路７０６は、一定の周波数の信号を生成する機能を有する。変調回路７０４は、信号処理回路７０２が生成した信号と発振回路７０６で生成された一定の周波数の信号に従って、給電装置用アンテナ回路７０１に電圧を印加する機能を有する。これにより、給電装置用アンテナ回路７０１から信号が出力される。一方、受電装置用アンテナ回路６０２から信号を受け取る場合、整流回路７０３は受け取った信号を整流する機能を有する。復調回路７０５は、整流回路７０３が整流した信号から受電装置６００が給電装置７００に送った信号を抽出する機能を有する。信号処理回路７０２は、復調回路７０５によって抽出された信号を解析する機能を有する。
【０１６４】
なお、ＲＦ給電を行うことができれば、各回路の間に他の回路が設けられていてもよい。例えば、受電装置６００が信号を受信し整流回路６０５で直流電圧を生成したあとに、後段に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータやレギュレータといった回路によって、定電圧を生成してもよい。これにより、受電装置６００内部に過電圧が印加されることを抑制することができる。
【０１６５】
本発明の一態様に係る二次電池は、図７で説明したＲＦ給電システムにおける受電装置６００が有する二次電池６０４として利用される。
【０１６６】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、従来の二次電池に比べて蓄電量を増やすことができる。よって、無線給電の時間間隔を延ばすことができるため、何度も給電する手間を省くことができる。
【０１６７】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、電源負荷部６１０を駆動するための蓄電量が従来と同じであれば、受電装置６００の小型化及び軽量化が可能である。従って、トータルコストを減らすことができる。
【０１６８】
なお、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用し、受電装置用アンテナ回路６０２と二次電池６０４を重ねる場合は、二次電池６０４の充放電による二次電池６０４の形状の変形と、当該変形に伴うアンテナの形状の変化によって、受電装置用アンテナ回路６０２のインピーダンスが変化しないようにすることが好ましい。アンテナのインピーダンスが変化してしまうと、十分な電力供給がなされない可能性があるためである。これを防ぐために、例えば、二次電池６０４を、金属製又はセラミックス製の電池パックに装填するようにすればよい。なお、その際、受電装置用アンテナ回路６０２と電池パックは数十μｍ以上離れていることが望ましい。
【０１６９】
また、本実施の形態では、充電用の信号の周波数に特に限定はなく、電力が伝送できる周波数であればどの帯域であっても構わない。充電用の信号は、例えば、１３５ｋＨｚのＬＦ帯（長波）、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯、又は２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯であってもよい。
【０１７０】
また、信号の伝送方式としては、電磁結合方式、電磁誘導方式、共鳴方式、マイクロ波方式等様々な種類があるが、適宜選択すればよい。ただし、雨や泥等の、水分を含んだ異物によるエネルギーの損失を抑えるためには、周波数が低い帯域、具体的には、短波である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、中波である３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、及び超長波である３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの周波数を利用した電磁誘導方式や共鳴方式を用いることが望ましい。
【０１７１】
本実施の形態は、上記実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１】
【０１７２】
本実施例では、材料ガスとしてシリコンを含むガスを用いてＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコン層を形成した場合のウィスカー群の形状について、図８及び図９を用いて説明する。
【０１７３】
＜結晶性シリコン層の作製工程＞
まず、本発明の一態様である結晶性シリコン層の作製工程について説明する。当該結晶性シリコン層については、材料ガスとしてシリコンを含むガスを用いてＬＰＣＶＤ法により形成する際に、希釈ガスとして窒素を混合した。
【０１７４】
ガラス基板上に、スパッタリング法により厚さ５００ｎｍのチタン膜を形成した。次に、フォトリソグラフィ法によりチタン膜を選択的にエッチングして島状のチタン膜を形成し、これを電極の集電体とした。
【０１７５】
集電体である島状のチタン膜上に、シリコンを含むガスに窒素を混合させてＬＰＣＶＤ法により、活物質層として結晶性シリコン層を形成した。
【０１７６】
シリコンを含むガスとしてシラン（ＳｉＨ４）を用いた。シランの流量を３００ｓｃｃｍ、窒素の流量を３００ｓｃｃｍとして反応室内に導入し、反応室内の圧力を２０Ｐａとし、反応室内の温度を６００℃として、結晶性シリコン層の形成を行った。成膜時間は２時間１５分とした。
【０１７７】
形成された本発明の一態様である結晶性シリコン層のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を図８に示す。図８（Ａ）は倍率を１０００倍、図８（Ｂ）は倍率を１００００倍に設定して観察した写真である。
【０１７８】
図８に示すように、本発明の一態様である結晶性シリコン層が有する突起の径は、最も大きい部分（根元部分）でおおよそ１．１μｍ以下であり、ほとんどの突起は尖った頂部を有していた。また、複数のウィスカーが密集してウィスカー群を成していることが確認された。また、ウィスカーの軸における長さは、大きいもので約１９μｍであった。なお、図８（Ｂ）より、ウィスカーの本数は、１００μｍ２当たり３０本前後であった。
【０１７９】
＜比較用の結晶性シリコン層の作製工程＞
次に、比較用の結晶性シリコン層の作製工程について説明する。本発明の一態様である結晶性シリコン層と比較用の結晶性シリコン層とは、ＬＰＣＶＤ法による形成時の雰囲気ガスが異なり、比較用の結晶性シリコン層の形成時の雰囲気ガスに、窒素を含まない。それ以外の構成は共通しているため、集電体の構成の説明は省略する。
【０１８０】
集電体である島状のチタン膜上に、材料ガスとしてシリコンを含むガスを用いてＬＰＣＶＤ法により、活物質層として結晶性シリコン層を形成した。
【０１８１】
シリコンを含むガスとしてシラン（ＳｉＨ４）を用いた。シランの流量を３００ｓｃｃｍとして反応室内に導入し、反応室内の圧力を２０Ｐａとし、反応室内の温度を６００℃として、結晶性シリコン層の形成を行った。成膜時間は２時間１５分とした。
【０１８２】
形成された比較用の結晶性シリコン層のＳＥＭ写真を図９に示す。図９（Ａ）は倍率を１０００倍、図９（Ｂ）は倍率を１００００倍に設定して観察した写真である。
【０１８３】
図９に示すように、比較用の結晶性シリコン層が有する突起は、その径が最も大きい部分（根元部分）でおおよそ１．５μｍ以下であり、本発明の一態様である結晶性シリコン層が有する突起と比べて、先端が丸まったものが多かった。また、比較用の結晶性シリコン層では、本発明の一態様である結晶性シリコン層と比較して、全体的に、ウィスカーの本数が少なく、ウィスカーの軸における長さが短いことが確認された。
【０１８４】
図８及び図９より、本発明の一態様である結晶性シリコン層は、比較用の結晶性シリコン層が有するウィスカーと比べて、細長いウィスカーを多く有していた。
【０１８５】
また、本発明の一態様である結晶性シリコン層が有する突起として、比較用の結晶性シリコン層が有する突起よりも径が小さく、先端が鋭く、形状が細長いものが多く観察された。
【０１８６】
また、本発明の一態様である結晶性シリコン層が有するウィスカー群を構成する複数のウィスカーは、比較用の結晶性シリコン層のものよりも、密集していることが確認された。
【０１８７】
以上により、材料ガスとしてシリコンを含むガスを用いてＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコン層を形成する際に、希釈ガスとして窒素を混合することにより、複数のウィスカーが密集したウィスカー群を結晶性シリコン層に設けることができることが示された。
【実施例２】
【０１８８】
本実施例では、材料ガスとしてシリコンを含むガスを用いてＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコン層を形成した場合のウィスカー群の形状について、図１３及び図１４を用いて説明する。
【０１８９】
＜結晶性シリコン層の作製工程＞
まず、本発明の一態様である結晶性シリコン層の作製工程について説明する。当該結晶性シリコン層については、材料ガスとしてシリコンを含むガスを用いてＬＰＣＶＤ法により形成する際に、希釈ガスとしてヘリウムを混合した。
【０１９０】
ガラス基板上に、スパッタリング法により厚さ５００ｎｍのチタン膜を形成した。次に、フォトリソグラフィ法によりチタン膜を選択的にエッチングして島状のチタン膜を形成し、これを電極の集電体とした。
【０１９１】
集電体である島状のチタン膜上に、シリコンを含むガスにヘリウムを混合させてＬＰＣＶＤ法により、活物質層として結晶性シリコン層を形成した。
【０１９２】
シリコンを含むガスとしてシラン（ＳｉＨ４）を用いた。シランの流量を３００ｓｃｃｍ、ヘリウムの流量を３００ｓｃｃｍとして反応室内に導入し、反応室内の圧力を２０Ｐａとし、反応室内の温度を６００℃として、結晶性シリコン層の形成を行った。成膜時間は２時間１５分とした。
【０１９３】
形成された本発明の一態様である結晶性シリコン層のＳＥＭ写真を図１３に示す。図１３（Ａ）は倍率を１０００倍、図１３（Ｂ）は倍率を３０００倍に設定して観察した写真である。
【０１９４】
図１３に示すように、本発明の一態様である結晶性シリコン層が有する突起の径は、最も大きい部分（根元部分）でおおよそ１．４μｍ以下であった。また、複数のウィスカーが密集してウィスカー群を成していることが確認された。また、ウィスカーの軸における長さは、大きいもので約１９μｍであった。なお、図１３（Ｂ）より、突起の本数は、１００μｍ２当たり４０本前後であった。
【０１９５】
＜比較用の結晶性シリコン層の作製工程＞
比較用の結晶性シリコン層は、実施例１で説明した比較用の結晶性シリコン層と同様の方法により作製した。
【０１９６】
形成された比較用の結晶性シリコン層のＳＥＭ写真を図１４に示す。図１４（Ａ）は倍率を１０００倍、図１４（Ｂ）は倍率を３０００倍に設定して観察した写真である。
【０１９７】
図１４に示すように、比較用の結晶性シリコン層が有する突起は、その径が最も大きい部分（根元部分）でおおよそ１．５μｍ以下であった。また、比較用の結晶性シリコン層では、本発明の一態様である結晶性シリコン層と比較して、全体的に、ウィスカーの本数が少なく、ウィスカーの軸における長さが短いことが確認された。
【０１９８】
図１３及び図１４より、本発明の一態様である結晶性シリコン層は、比較用の結晶性シリコン層が有するウィスカーと比べて、細長いウィスカーを多く有していた。
【０１９９】
また、本発明の一態様である結晶性シリコン層が有する突起として、比較用の結晶性シリコン層が有する突起よりも、形状が細長いものが多く観察された。
【０２００】
また、本発明の一態様である結晶性シリコン層が有するウィスカー群を構成する複数のウィスカーは、比較用の結晶性シリコン層のものよりも、密集していることが確認された。
【０２０１】
以上により、材料ガスとしてシリコンを含むガスを用いてＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコン層を形成する際に、希釈ガスとしてヘリウムを混合することにより、複数のウィスカーが密集したウィスカー群を結晶性シリコン層に設けることができることが示された。
【符号の説明】
【０２０２】
１０１    集電体
１０３    活物質層
１０３ａ    結晶性シリコン領域
１０３ｂ    結晶性シリコン領域
１０３ｄ    領域
１０５    領域
１０７    層
１０９    金属酸化物層
１１１    集電体
１１５    基板
１５１    蓄電装置
１５３    外装部材
１５５    蓄電セル
１５７    端子部
１５９    端子部
１６３    負極
１６５    正極
１６７    セパレータ
１６９    電解質
１７１    負極集電体
１７３    負極活物質層
１７５    正極集電体
１７７    正極活物質層
４００    筐体
４０２    表示部
４０４    表示部
４０６    記録媒体挿入部
４０８    外部接続用端子部
４１０    スピーカー
４１２    操作キー
４１４    スタイラスペン
４１６    イヤホン
４１８    電池取り付け部
４２０    本体
５０１    車椅子
５０３    座部
５０７    フットレスト
５０９    アームレスト
５１１    ハンドル
５１３    コントローラ
５１５    フレーム
５１７    前輪
５１９    後輪
５２１    駆動部
５２３    制御部
６００    受電装置
６０１    受電装置部
６０２    受電装置用アンテナ回路
６０３    信号処理回路
６０４    二次電池
６０５    整流回路
６０６    変調回路
６０７    電源回路
６１０    電源負荷部
７００    給電装置
７０１    給電装置用アンテナ回路
７０２    信号処理回路
７０３    整流回路
７０４    変調回路
７０５    復調回路
７０６    発振回路
１０００    導電性を有する層
１１０１    集電体
１１０３    活物質層
１１０３ａ    結晶性シリコン領域
１１０３ｂ    結晶性シリコン領域
１１０３ｄ    領域
１１０５    領域
１１０７    層
２０００    導電性を有する層
【図１】
0005663414.tif 000002
【図２】
0005663414.tif 000003
【図３】
0005663414.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005663414.tif 000006
【図６】
0005663414.tif 000007
【図７】
0005663414.tif 000008
【図１０】
0005663414.tif 000009
【図１１】
0005663414.tif 000010
【図１２】
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【図８】
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【図９】
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【図１３】
0005663414.tif 000014
【図１４】
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