[发明专利]一体式结构中的多个电化学和聚能组件的制造方法和结构

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年11月7日提交的名称为“一体式结构中的多个电化学和聚能组件的制造方法和结构”的美国临时专利申请No.61/112,707的优先权，其全部内容通过引用合并于此以用于各种用途。

发明内容

根据本发明，提供涉及能源装置的技术。更具体地，本发明的实施例涉及具有一体式结构的多组件能源装置的设计、制造和构造方法。单个组件可包括电化学电池、光电池、燃料电池、电容器、超级电容器、热电元件、压电元件、微电机涡轮或能量收集器(energy scavenger)。本文所描述的方法和系统也可以应用于各种能源系统。

根据本发明的实施例，提供一体化电池组和器件结构的制造方法。所述方法包括提供互相结合为一体的两个或多个电化学电池。所述两个或多个电化学电池包括相关的两种或多种电化学物质。所述方法还包括形成与所述两个或多个电化学电池一体的一个或多个器件，以形成一体化电池组和器件结构。

利用本发明可以获得超过常规技术的许多优点。例如，与单个电池相比，本文描述的电化学电池表现出多种化学特性以适应更宽的电压和电流范围。此外，采用能量收集元件来收集能量并将所收集的能量补充到一体式结构中的其它组件。依据所述实施例，可以获得这些优点中的一个或多个。将在本说明书中，尤其是下文中，更详细地描述这些和其它优点。

通过参照结合附图进行说明的下述详细描述，本发明的这些和其它目的和特点以及获得这些和其它目的和特点的方法对于本领域技术人员来说将变得显而易见，并且可以最佳地理解本发明本身。

附图说明

图1是包括一体化硅(Si)太阳能电池和薄膜电池组的一体式结构的简化剖视图；

图2是包括化学特性不同的两个一体化薄膜电池组的一体式结构的简化剖视图；

图3是包括一体化氢/氧燃料电池和薄膜电池组的一体式结构的简化剖视图；

图4是包括一体化超级电容器和薄膜电池组的一体式结构的简化剖视图。

具体实施方式

实例1

包括硅(Si)太阳能电池和薄膜电池组的一体式结构及其制造方法

通过利用物理气相沉积形成电池器件可以实现如图1所示的在硅(Si)太阳能电池的后表面上制备堆叠电池。使用传统的Si晶片构造利用p型硅的太阳能电池(提拉法)。在通过将磷(P)扩散到晶片中而形成p-n结之后，利用物理气相沉积在硅晶片的p+掺杂区(下侧)形成铝(Al)背接触(图1中的金属背接触)。铝层生长到1-2μm的厚度。

在形成背金属接触后，利用PVD(physical vapor deposition，物理气相沉积)在铝层上制作厚度为3-5μm的用于电绝缘和热传导的氮化铝(AlN)隔离层。所述隔离层用于从两个元件移除热量并将热量传递到散热器。

在元件冷却完毕之后，通过物理气相沉积(PVD)过程顺序地和以保形方式沉积电池组组件，分别为：铝(Al)集电极(current collector)层(1-3μm厚)、锂锰氧化物(LiMn₂O₄)阴极层(3-5μm厚)、锂磷氮氧(LIPON)陶瓷电解质层(1-3μm厚)、锂(Li)金属阳极层(3-5μm厚)以及铜(Cu)集电极层(1-3μm厚)。

实例2

包括化学特性不同的两个薄膜电池组的一体式结构及其制造方法

如图2所示，利用物理气相沉积使电化学物质不同的两个堆叠电池形成在彼此上。

利用PVD过程在用作阴极集电极的铝(Al)金属薄膜上沉积第一电池组组件，分别为：磷酸锂铁(LiFePO₄)阴极层(3-5μm厚)、锂磷氮氧(LIPON)陶瓷电解质层(1-3μm厚)、锂(Li)金属阳极层(3-5μm厚)以及铜(Cu)集电极层(1-3μm厚)。

在形成铜(Cu)金属集电极后，利用PVD在铜层上制作厚度为3-5μm的用于电绝缘和热传导的氮化铝(AlN)隔离层。所述隔离层用于从两个元件移除热量并将热量传送到散热器。