[发明专利]一种高体积比能量密度微能源系统及其制作方法

权利要求书

1.一种高体积比能量微能源系统，其特征在于所述的微能源系统的组成为：

a)在玻璃衬底上打孔，孔为两个相对的空心圆台；

b)在玻璃衬底正面和背面分别溅射Al薄膜，Al膜的厚度填满空洞深度，实现双面Al互联；

c)在玻璃衬底背面的Al膜表面依次沉积氮化钴镍、LiPON薄膜、Li薄膜和Al薄膜；

d)在未覆盖多层电池的Al膜表面安装能源管理模块和RF收发模块；

e)在玻璃正面Al表面依次沉积n型微晶硅、0＜x＜1的i型Ge_xSi_1-x，p型非晶硅和含3％Al的AZO；

f)用Au线连接AZO、Li电池阳极、能源管理模块输出端、RF收发模块输出端。

2.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述的圆台的外孔直径为1mm，内孔为0.5mm。

3.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述的氮化钴镍通式为Co_xNi_1-xN式中0＜x＜1。

4.按权利要求1所述的系统，其特征在于在未覆盖多层电池的Al膜上安装的能源管理模块为富晶电子股份有限公司生产的FSA582充电管理芯片构建的电路，安装的RF收发模块的电路由Chipcon公司生产的无线通信模块CC2420组成。

5.按权利要求4所述的系统，其特征在于RF收发模块可将探测到得温度或湿度每8小时发送一次，每次发送脉冲电流1A，48ms，待机电流为40mA。

6.按权利要求1、4或5所述的系统，其特征在于能源管理模块和RF收发模块均通过导电银胶与Al膜相连。

7.制作如权利要求1所述的能源系统的方法，其特征在于步骤为：

①用金刚石钻头在玻璃衬底上打孔，孔为两个相对的空心圆台；

②在玻璃衬底的正面和背面溅射Al薄膜，Al薄膜的厚度填满空洞深度，实现双面Al互联；

③在玻璃衬底背面的Al膜上依次沉积氮化钴镍、LiPON薄膜、Li薄膜和Al薄膜；在Al表面溅射沉积Co_xNi_1-xN，0＜x＜1，沉积的工艺条件是以一定比例Co纳米粉和Ni纳米粉混合，真空熔融煅烧，制备金属钻镍合金靶材，通过射频磁控溅射的方法沉积氮化镍钴薄膜，本底真空为2×10^-4Pa以下，沉积时基片温度小于80℃；接着在氮化镍钴薄膜表面溅射沉积LiPON薄膜；制作Li₃PO₄靶材时，采用该靶材是在N₂环境中溅射成膜，再在LiPON薄膜上沉积金属Li薄膜；采用溅射方法沉积，本底真空为2x10^-4Pa以下，基片温度为室温，成膜速率400～1100nm/min，最后是在Li薄膜表面在Ar环境中溅射成膜一层Al薄膜，本底真空为2x10^-4Pa以下，基片温度为室温，蒸发速率500nm/min；

④在未覆盖电池多层膜的Al膜表面安装能源管理模块，使得一电路输出端与Al相连，另外的输出端与RF模块和Al相连；连接手段采用引线键合方法，连接材料为Au线；

⑤在未覆盖电池多层膜的Al膜表面安装RF收发模块，使得一输出端与Al薄膜相连，另外输出端与非晶锗硅正极、能源管理电路输出端相连；连接手段采用引线键合方法，连接材料为Au线；

⑥在玻璃衬底正面的Al膜表面依次沉积n型微晶硅、i型Ge_xSi_1-x，0＜x＜1，p型非晶硅和含3％Al的AZO；

⑦用Au线焊接AZO、Li电池阳极、能源管理模块输出端、RF收发模块输出端，表示焊点；

⑧测试物联网节点连续阴天工作性能；电池的优化设计与制作，

⑨对上述制作的能源系统进行电学性能测试，判断是否满足体积比能量密度大于291.9WH/L和能够连续4天阴天正常供电的要求，若满足，则完成设计制作，若不满足，从新设计微能源系统结构，调节锂电池占非晶锗硅太阳电池面积比例，调节锂电池电解质层厚度，调节能源管理电路功耗，重新制作，直到满足需求。

8.按权利要求7所述的方法，其特征在于：

a)步骤③所述氮化钴镍的厚度为900nm；

b)步骤③所述的LiPON薄膜的厚度为1600nm；

c)步骤③所述所述的Li膜的厚度为1100nm；

d)步骤③所述的Al膜的厚度为600nm。