一體式結(jié)構(gòu)中的多個電化學(xué)和聚能組件的制造方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】一體式結(jié)構(gòu)中的多個電化學(xué)和聚能組件的制造方法和結(jié)構(gòu)
[0001] 本案是分案申請，其母案為于2011年5月9日進入中國國家階段的申請?zhí)枮?200980144551. 2的題為"一體式結(jié)構(gòu)中的多個電化學(xué)和聚能組件的制造方法和結(jié)構(gòu)"的專 利申請。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 根據(jù)本發(fā)明，提供涉及能源裝置的技術(shù)。更具體地，本發(fā)明的實施例涉及具有一 體式結(jié)構(gòu)的多組件能源裝置的設(shè)計、制造和構(gòu)造方法。單個組件可包括電化學(xué)電池、光電 池、燃料電池、電容器、超級電容器、熱電元件、壓電元件、微電機禍輪或能量收集器（energy scavenger)。本文所描述的方法和系統(tǒng)也可以應(yīng)用于各種能源系統(tǒng)。
[0003] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一體化電池組和器件結(jié)構(gòu)的制造方法。所述方法包括 提供互相結(jié)合為一體的兩個或多個電化學(xué)電池。所述兩個或多個電化學(xué)電池包括相關(guān)的兩 種或多種電化學(xué)物質(zhì)。所述方法還包括形成與所述兩個或多個電化學(xué)電池一體的一個或多 個器件，以形成一體化電池組和器件結(jié)構(gòu)。
[0004] 利用本發(fā)明可以獲得超過常規(guī)技術(shù)的許多優(yōu)點。例如，與單個電池相比，本文描述 的電化學(xué)電池表現(xiàn)出多種化學(xué)特性以適應(yīng)更寬的電壓和電流范圍。此外，采用能量收集元 件來收集能量并將所收集的能量補充到一體式結(jié)構(gòu)中的其它組件。依據(jù)所述實施例，可以 獲得這些優(yōu)點中的一個或多個。將在本說明書中，尤其是下文中，更詳細地描述這些和其它 優(yōu)點。
[0005] 通過參照結(jié)合附圖進行說明的下述詳細描述，本發(fā)明的這些和其它目的和特點以 及獲得這些和其它目的和特點的方法對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見，并且可以 最佳地理解本發(fā)明本身。
【附圖說明】
[0006] 圖1是包括一體化硅（Si)太陽能電池和薄膜電池組的一體式結(jié)構(gòu)的簡化剖視 圖；
[0007] 圖2是包括化學(xué)特性不同的兩個一體化薄膜電池組的一體式結(jié)構(gòu)的簡化剖視圖；
[0008] 圖3是包括一體化氫/氧燃料電池和薄膜電池組的一體式結(jié)構(gòu)的簡化剖視圖；
[0009] 圖4是包括一體化超級電容器和薄膜電池組的一體式結(jié)構(gòu)的簡化剖視圖。
【具體實施方式】
[0010] 實例 1
[0011] 包括硅（Si)太陽能電池和薄臘電池組的一體式結(jié)構(gòu)及其制誥方法
[0012] 通過利用物理氣相沉積形成電池器件可以實現(xiàn)如圖1所示的在硅（Si)太陽能電 池的后表面上制備堆疊電池。使用傳統(tǒng)的Si晶片構(gòu)造利用P型硅的太陽能電池（提拉法）。 在通過將磷（P)擴散到晶片中而形成p-n結(jié)之后，利用物理氣相沉積在硅晶片的p+摻雜區(qū) (下側(cè)）形成鋁（Al)背接觸（圖1中的金屬背接觸）。鋁層生長到1-2 μ m的厚度。
[0013] 在形成背金屬接觸后，利用PVD (physical vapor deposition，物理氣相沉積）在 鋁層上制作厚度為3-5 μπι的用于電絕緣和熱傳導(dǎo)的氮化鋁（AlN)隔離層。所述隔離層用 于從兩個元件移除熱量并將熱量傳遞到散熱器。
[0014] 在元件冷卻完畢之后，通過物理氣相沉積（PVD)過程順序地和以保形方式沉積 電池組組件，分別為：錯（Al)集電極（current collector)層（1-3 μπι厚）、鋰猛氧化物 (LiMn2O4)陰極層（3-5 μπι厚）、鋰磷氮氧（LIPON)陶瓷電解質(zhì)層（1-3 μπι厚）、鋰（Li)金 屬陽極層（3-5 μπι厚）以及銅（Cu)集電極層（1-3 μπι厚）。
[0015] 實例 2
[0016] 包括化學(xué)特件不同的兩個薄臘電池組的一體式結(jié)構(gòu)及其制誥方法
[0017] 如圖2所示，利用物理氣相沉積使電化學(xué)物質(zhì)不同的兩個堆疊電池形成在彼此 上。
[0018] 利用PVD過程在用作陰極集電極的鋁（Al)金屬薄膜上沉積第一電池組組件，分 別為：磷酸鋰鐵（LiFePO 4)陰極層（3-5 μπι厚）、鋰磷氮氧（LIPON)陶瓷電解質(zhì)層（1-3 μπι 厚）、鋰（Li)金屬陽極層（3-5 μπι厚）以及銅（Cu)集電極層（1-3 μπι厚）。
[0019] 在形成銅（Cu)金屬集電極后，利用PVD在銅層上制作厚度為3-5 μπι的用于電絕 緣和熱傳導(dǎo)的氮化鋁（AlN)隔離層。所述隔離層用于從兩個元件移除熱量并將熱量傳送到 散熱器。
[0020] 在元件冷卻完畢之后，通過PVD過程順序地和以保形方式沉積第二電池組組件， 分別為：鋁（Al)集電極層（1-3 μπι厚）、鋰錳氧化物（LiMn2O4)陰極層（3-5 μπι厚）、鋰磷氮 氧（LIPON)陶瓷電解質(zhì)層（1-3 μπι厚）、鋰（Li)金屬陽極層（3-5 μπι厚）以及銅（Cu)集電 極層（1-3 μπι厚）。
[0021] 實例 3
[0022] 包括燃料電池和薄臘電池組的一體式結(jié)構(gòu)及其制誥方法
[0023] 通過利用物理氣相沉積（PVD)形成電池組件可以實現(xiàn)如圖3所示的在質(zhì)子交換膜 (PEM，proton-exchange membrane)燃料電池的后表面上制備堆疊電池。使用用于制作電 極的所述膜和濕漿體（wet slurry)的傳統(tǒng)溶膠凝膠法構(gòu)造采用具有高質(zhì)子傳導(dǎo)性的質(zhì)子 交換膜并且利用諸如_Nafl〇n?的全氟磺酸鹽（perfluorosulfonate)離聚物電解質(zhì)的PEM 燃料電池。
[0024] 在裝配燃料電池后，利用PVD在燃料電池集電極上制作厚度為3-5 μπι的用于電絕 緣和熱傳導(dǎo)的氮化鋁（AlN)隔離層。所述隔離層用于從兩個元件移除熱量并將熱量傳送到 散熱器。
[0025] 在元件冷卻完畢之后，通過PVD過程順序地和以保形方式沉積電池組組件，分別 為：錯（Al)集電極層（1-3 μπι厚）、鋰猛氧化物（LiMn2O4)陰極層（3-5 μπι厚）、鋰磷氮氧 (LIPON)陶瓷電解質(zhì)層（1-3 μπι厚）、鋰（Li)金屬陽極層（3-5 μπι厚）以及銅（Cu)集電極 層（1-3 μπι 厚）。
[0026] 實例 4
[0027] 包括軺級電容器和薄臘電池組的一體式結(jié)構(gòu)及其制誥方法
[0028] 通過利用PVD形成電池組件可以實現(xiàn)如圖3所示的在電化學(xué)