用于制造微柱阵列的系统和方法 |
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| 申请号 | CN201580061637.4 | 申请日 | 2015-11-19 | 公开(公告)号 | CN107001030B | 公开(公告)日 | 2019-05-31 |
| 申请人 | 荷兰应用自然科学研究组织TNO; | 发明人 | S·乌尼克里西南; R·J·亨德里克斯; | ||||
| 摘要 | 一种用于制造微柱阵列(20)的系统和方法。载体(11)被提供有金属油墨(20i)层。高 能量 光源 (14)经由载体(11)和光源之间的掩模(13)照射金属油墨(20i)。掩模被配成将微柱阵列的横截面照射图像转移到金属油墨(20i)上，从而导致金属油墨(20i)的 图案化 烧结 ，以便在金属油墨(20i)层中形成微柱阵列(20)的第一分段层(21)。另一层金属油墨(20i)被施加在微柱阵列(20)的第一分段层(21)的顶部之上，并经由掩模(13)被照射以在上面形成微柱阵列的第二分段层(21)。该过程被重复以实现高纵横比的微柱20p。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于制造微柱阵列(20)的系统(100)，所述系统(100)包括： |
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| 说明书全文 | 用于制造微柱阵列的系统和方法[0001] 技术领域和背景 [0002] 本公开涉及微柱阵列，以及用于制造微柱阵列的系统和方法。 [0003] 在电力需求不断增长的世界中，3D电池是一个新兴的热门话题。沉积在三维(3D)微图案结构上的固态薄膜电池具有将高功率密度和高能量密度结合在一起的潜力。微结构的比表面积使得能够从电池中汲取高电流并且还允许快速充电。此外，密集堆积的微结构能够实现相对高的体积能量存储。柱状结构是优选的，因为与类似纵横比和尺寸的多孔或穿孔结构相比，容易获得柱状结构的整个表面。 [0004] 针对电池电极应用，文献中提出了各种方法以在衬底上制造高纵横纳米线或纳米柱。例如参见专利文献US2009214956AA、WO11094642A1、US2007059584AA、US2006216603AA、US2012094192AA。这些结构要么由金属制成，要么由掺杂硅制成。例如，这些方法可包括在纳米多孔模板(例如，电化学蚀刻硅或阳极化铝)内沉积纳米线材料，以及随后溶解模板以便释放纳米线。产生的纳米线可具有范围从一百纳米到几微米的各种尺寸，以及范围从几微米到几百微米的各种高度。 [0005] 不幸的是，涉及电沉积金属纳米线的技术通常不能产生具有足够高度(在数百微米范围内)的线，因为线可能易于倾倒。此外，纳米级的高纵横比结构比微米级结构每单位体积可容纳相对更少的电荷容量。此外，使用成型技术(例如，US2012183732A1)可能是不切实际的。此外，通过硅晶片中深反应离子蚀刻制造微柱在经济上可能是不可行的。实际上，为了提高成本有效性，期望在相对廉价的衬底(例如，金属箔)上以廉价的大面积工艺处理这些结构。 [0006] 因此，仍然希望有提供经济上可行的高纵横比导电微柱结构的改进的系统、方法以及产品，例如用于3D电池和其他应用。 [0007] 概述 [0008] 本公开的第一方面提供了一种用于制造微柱阵列的系统。该系统包括诸如被配置成保持载体的平台之类的装置。沉积装置被配置成将金属油墨层提供在载体上。可例如向沉积装置提供适用于容纳金属油墨的供给。该系统包括或耦合被配置成提供能够烧结金属油墨的光的高能量光源。掩模可被设置在光源和载体之间。掩模包括被配置成根据微柱阵列的横截面图像对光进行图案化的掩模图案。光源和掩模被配置为使图案化的光照射到金属油墨层上，由此引起金属油墨的图案化烧结，从而在金属油墨中形成微柱阵列的分段层。控制器被布置并被编程以控制沉积装置、光源、以及平台，以通过以下来制造微柱阵列：重复地将另一层金属油墨提供到先前形成的微柱阵列的分段层上，以及将所述图案化的光提供到该另一层金属油墨上，以在先前形成的分段层上在金属油墨中形成该微柱阵列的另一分段层。 [0009] 本公开的第二方面提供了一种用于制造微柱阵列的方法。该方法包括向载体提供金属油墨层。高能量光源经由载体和光源之间的掩模照射金属油墨层。掩模被配置成将微柱阵列的横截面照射图像转移到金属油墨上。这可能导致金属油墨的图案化烧结，以在金属油墨层中形成微柱阵列的第一分段层。另一层金属油墨可被施加在微柱阵列的第一分段层的顶部之上，并经由相同的掩模被照射以在上面形成微柱阵列的第二分段层。 [0010] 本公开的第三方面提供了一种包括多个微柱的微柱阵列，其中所述微柱由包括熔融金属粒子的基质中的聚合粒子的烧结金属油墨的周期性层状结构形成。所述多个微柱可被设置在连接微柱的箔上，其中该箔由与微柱相同的烧结金属油墨形成。微柱可由可通过电镀获得的平滑外部金属层包裹。微柱阵列可例如形成作为电池的一部分的电极。 [0011] 金属油墨通常包括金属纳米粒子的悬浮液，例如溶解在聚合物基质中或分散在另一种溶剂中。通过热和/或压力烧结金属油墨可导致凝固，例如，通过金属粒子的熔融和/或基质的聚合。通过使用高能量光图案来烧结金属油墨，可以以简单的方式产生导电固体结构。掩模可塑形光图案以产生柱的微米级横截面。通过使用相同的图案重复地添加另外的烧结金属油墨层，微柱的高度可被增加以实现高纵横比。微柱之间的未烧结材料可提供支撑以防止在添加另外的层时塌陷。该技术不依赖于任何特定的衬底(例如，硅)并可被用于大规模生产。因此，可以以经济上可行的方式产生高纵横比的导电微柱。 [0012] 通过在构建微柱阵列之后移除掩模并在阵列上提供另一层烧结金属油墨，未图案化的层可形成包括连接柱的金属箔的基底部分。因此，以与柱相同的材料产生廉价的衬底。通过蚀刻未烧结部分(例如，在完成生产后)，可提供空间上分隔的柱的阵列。通过对烧结的微柱进行电镀，可加强结构并平滑界面。 [0013] 为了实现所希望的功能以用于电池，优选地在一定尺寸范围内产生微柱。优选地，微柱具有介于1至100微米范围内的横截面直径。优选地，微柱以介于柱直径的1.5至5倍的间距周期(pitch period)周期性地布置。优选地，柱的高度与直径之比介于20至200的范围内。例如，微柱可使用多个分段层来构建，例如，多于三十层，优选地多于四十层、或甚至更多(例如，在五十至二百层之间)。为了以高分辨率进行适当烧结(特别是在使用较短光脉冲(即少于500微秒)的情况下)，分段层的厚度优选地小于2微米，更优选地是小于1.5微米，最优选的是小于1微米。 [0014] 为了提供微米级金属油墨层的合适烧结，光源应输送足够的功率密度，但是不能太多，因为可能发生非预期部分的不期望的发热。因此，发现在金属油墨层处提供1至100千瓦每平方厘米(优选的是3至30千瓦每平方厘米)的脉冲功率密度是有利的。取决于金属油墨层中的横向热流(其影响图案分辨率)，优选使用具有介于30至10000微秒(优选地为100至1000微秒)的脉冲长度的微秒闪光。例如，金属油墨层处的脉冲能量密度在0.3至30焦耳每平方厘米之间，优选地在1至5焦耳每平方厘米之间。为了防止光化学过程以及由于发热造成加强的烧结，光源优选地产生可被金属油墨吸收的光谱(取决于材料和粒子大小)。例如，对于具有40nm平均粒子大小的银油墨，最佳吸收处于400-450nm的波长范围内。.所期望的性质可例如使用高能量闪光灯来实现。优选地，微柱的图案使用单次闪光烧结。 [0015] 通过使载体透明，穿过金属油墨层的光将不会被吸收在载体中，否则吸收可能导致载体的发热。通过防止载体的发热，可防止金属油墨经由载体而不是经由所投射的光图案被间接烧结。尤其是，当载体被加热时，可能发生金属油墨的横向加热。例如，载体对来自于光源的光可能具有相对较低的吸收系数，例如，小于0.1每米、小于0.01每米、或甚至小于0.001每米。替换地或附加地，平台可被配置成充当与载体热接触的散热器，用于从载体汲取热量。例如，平台的热导率是载体的热导率的十倍以上，优选地为二十倍以上、优选地为三十倍以上、或甚至更高(例如四十到一百倍之间)。例如，玻璃载体可具有0.9W/m/K的热导率，而钢平台可具有36W/m/K的热导率。载体的相对较低的热导率也可有助于防止从金属油墨层汲取热量，否则该汲取可能妨碍油墨的烧结。此外，这可防止从金属油墨层的烧结部分到未烧结部分的横向热传导，从而改善图案分辨率)。因此，优选地具有热导率小于10W/m/K的载体，优选地小于5W/m/K、小于2W/m/K、或甚至更小(例如在0.1至1W/m/K之间)。金属油墨的热导率(在涂覆并干燥后)处于0.1至1W/m/K的范围内。烧结后，金属粒子融合且热导率增加，这取决于粒子的烧结或融合水平以及材料类型。为了适当地烧结，金属油墨在涂覆之后需要被适当地干燥(几乎无溶剂)。 [0016] 有利地，具有固定掩模图案的静态掩模可被用于产生微柱阵列的许多重复的层。通过使掩模直接设置在金属油墨层之上且其间没有光学元件，可使由于光学组件引起的损耗最小化。通过在照射金属油墨的每一后续层之前相对于掩模移离平台，掩模和每一后续层之间的距离可被固定。为了提供最佳分辨率，掩模和要被图案化的金属油墨的顶层之间的距离优选地小于0.2毫米、优选地小于0.1毫米(例如在10至100微米之间)、或更小。对于微柱阵列的每一后续层，通过在沉积区和照射区之间来回移动平台，掩模可保持固定在离顶部油墨层的小距离处，而另外的层可快速地被沉积在上面。例如，层可通过包括流出开口的涂覆头来被沉积，以控制层的厚度。 [0019] 图1A-1C示意性地描绘了用于制造微柱阵列的一实施例； [0020] 图2A-2C示意性地描绘了用于制造微柱阵列的一实施例的进一步步骤； [0021] 图3A-3B示意性地描绘了一种用于制造微柱阵列的系统； [0022] 图4示意性地描绘了用于制造微柱阵列的一实施例的等距视图； [0023] 图5示意性地描绘了微柱阵列的一实施例； [0024] 图6A描绘了闪光脉冲的测得脉冲波形； [0025] 图6B描绘了闪光曝光的温度分布的模拟。 具体实施方式[0026] 除非另外限定，否则在说明书和附图的上下文中读到时，本文中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有如本发明所属领域的普通技术人员所普遍理解的相同含义。还将理解，术语(诸如通常使用的词典中所定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，且不应以理想化的或过于正式的意义来解释，除非本文中明确地如此限定。在一些情况下，可能省略对公知的设备和方法的详细描述，以免模糊对本系统和方法的描述。用于描述特定实施例的术语不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“和/或”包括相关罗列项目中的一个或多个项目的任何与所有组合。应当理解，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征。将进一步理解，除非另外指定，否则当方法的某一特定步骤被称为在另一步骤之后时，其可以直接接着所述另一步骤，或者在执行该特定步骤之前可执行一个或多个中间步骤。类似地将理解，当描述结构或组件之间的连接时，除非另外指定，否则可直接或通过中间结构或组件建立该连接。此处提及的所有出版物、专利申请、专利以及其他文献通过引用完全结合于此。在冲突的情况下，包括定义在内的本说明书将支配。 [0027] 下面将参考其中示出本发明的实施例的附图更完整地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使本公开将变得透彻和完整，并且将充分地将本发明的范围传达给本领域技术人员。示例性实施例的描述旨在结合附图来阅读，附图应被认为是整个书面描述的一部分。在附图中为了清楚起见，系统、组件、层、以及区域的绝对和相对大小可能被夸大。可参考本发明的可能理想化的实施例和中间结构的示意图和/或横截面图来描述实施例。在描述和附图中，相同的附图标号始终指代相同的元素。相关术语及其派生词应被解释为指的是如下文所描述的或如所讨论的图中所示的导向。这些相关术语是为了方便描述，并不要求系统以特定导向构建或操作，除非另有说明。 [0028] 图1A-1C示意性地描绘了用于制造微柱阵列的一实施例。 [0029] 如图1A所示，载体11被提供了金属油墨20i层。在该实施例中，载体由分开的平台12保持。替换地，载体和平台可被集成为单件。提供高能量光源14，其被用于照射金属油墨 20i层。光源14的光L经由载体11和光源之间的掩模13被图案化。掩模13被配置成将微柱阵列的横截面照射图像转移到金属油墨20i上。如图1B所示，这可导致金属油墨20i的图案化烧结，以在金属油墨20i层中形成微柱阵列20的第一分段层21。如图1C所示，另一层金属油墨20i被施加在微柱阵列20的第一分段层21的顶部之上。再次经由掩模13照射该另一层，以在上面形成微柱阵列的第二分段层21。此过程可继续以便增加柱的高度。 [0030] 在一个实施例中，掩模13是包括具有微柱阵列20的横截面的固定掩模图案13p的静态掩模。在一个实施例中，掩模13被设置在金属油墨20i层的上方，其间没有光学元件。 [0031] 在一个实施例中，载体11对于光源14的光L是透明的。在一个实施例中，平台12被配置成充当与载体11热接触的散热器，用于从载体11处汲取热量，以防止金属油墨20i被载体11的发热而烧结。在一个实施例中，平台的热导率是载体的热导率的十倍以上。 [0032] 图2A-2C示意性地描绘了用于制造微柱阵列的实施例的进一步步骤。 [0033] 在一个实施例中，如图2A所示，方法包括在构建微柱阵列20的多个分段层21、22、23、24之后移除光源14和载体11之间的掩模13。在该实施例中，在多个分段层21、22、23、24中最后形成的分段层24上提供另一层金属油墨20i。此外，未图案化的光L(没有掩模13)被照射到该另一层金属油墨20i上，以在最后形成的分段层24之上在金属油墨20i中形成微柱阵列20的连续基底部分29。因此，基底部分29可形成连接阵列20的柱20p的金属箔。 [0034] 在一个实施例中(未示出)，方法以一个或多个金属油墨层直接在载体上的覆盖式或未图案化的光烧结开始，然后以对柱进行图案化烧结继续。在这种情况下，不需要像所述最后一步那样进行任何未图案化的光烧结。任选地，在施加第一层金属油墨之前，载体可包括粘附/脱模层。在另一个实施例中，任选地，烧结结构可被永久地附连到载体。以此方式，最终在蚀刻之后，柱将直立于载体上，并且载体将成为最终结构的组成部分。在这种情况下，不需要脱模层，但粘附层仍然可能有用。 [0035] 在一个实施例中，载体11包括牺牲层(未示出)，其中金属油墨20i的第一层被沉积在载体11的牺牲层上，其中通过分解牺牲层，载体11的微柱阵列20在制造之后从载体11释放。例如，在第一金属油墨层和载体的玻璃板之间的牺牲粘附/脱模层(可用闪光灯固化)。这样的粘附/脱模层可使得在完成处理后容易地释放最终柱状结构。例如，粘附/脱模层不需要被图案化，可被全部涂覆并固化。 [0036] 在一个实施例中，如图2B所示，方法包括蚀刻金属油墨20i的未烧结部分20l，以提供在其间具有间隔的空间分隔的柱20p的阵列。虽然结合通过图2A的工艺获得的箔29示出了该实施例，但也可例如在柱仍连接到载体11的情况下施加蚀刻。 [0037] 在一个实施例中，如图2B所示，方法包括电镀微柱阵列20。虽然结合通过图2A的工艺获得的箔29示出了该实施例，但也可例如在柱仍连接到载体11的情况下施加电镀。 [0038] 根据一个方面，本文描述的方法和系统被用于构建电池。例如，一种方法包括构建如本文所描述的微柱阵列20，并将微柱阵列20作为电极的一部分集成在电池中。因此，获得了具有如本文所描述的集成微柱结构(例如作为一个或多个电极的一部分)的电池。 [0039] 图3A-3B示意性地描绘了用于制造微柱阵列20的系统100，例如实现如本文所描述的方法。 [0040] 根据该实施例的系统100包括被配置成保持载体11的平台12。该系统进一步包括沉积装置15，该沉积装置包括金属油墨20i的供给15s。沉积装置15被配置成将金属油墨20i层提供在载体11之上。系统100包括被配置成提供能够烧结金属油墨20i的光L的光源14。该系统包括在光源14和载体11之间的掩模13。掩模13包括被配置成根据微柱阵列20的横截面图像对光L进行图案化的掩模图案。光源14和掩模13被配置为使图案化的光照射到金属油墨20i层上，由此引起金属油墨20i的图案化烧结，从而在金属油墨20i中形成微柱阵列20的分段层。该系统包括控制器30，该控制器30被布置并编程以控制沉积装置15、光源14、以及平台12来制造微柱阵列20。 [0041] 在一个实施例中，控制器被配置成在程序指令的影响下控制系统的各部分。程序指令可例如被收录在计算机可读存储介质上。程序指令可被包括在软件或硬件(例如可编程或专用电路)中。通常，存储介质可操作地链接到控制器。例如，存储介质可以是存储器或其他存储介质，例如控制器可访问的硬盘。存储介质可部分地或完全地集成为控制器的一部分，例如，RAM或ROM。存储介质也可与控制器分开。 [0042] 在一个实施例中，程序指令在被控制器执行时使得控制器控制诸如沉积装置和可能的平台之类的系统的各部分，以将另一层金属油墨20i提供到先前形成的微柱阵列20的分段层21上。在进一步的实施例中，程序指令在被控制器执行时使得控制器在控制沉积装置沉积该另一层金属油墨之前，将平台定位在沉积区域中(例如，邻近沉积装置)。在另一个或进一步的实施例中，程序指令在被控制器执行时使得控制器控制诸如光源以及可能的平台和/或掩模之类的系统的各部分，以将图案化光L提供到该另一层金属油墨20i上，以在先前形成的分段层21上在金属油墨20i中形成微柱阵列20的另一分段层22。在进一步的实施例中，程序指令在被控制器执行时使得控制器在控制光源在投射区域中投射图案化光之前，将平台定位在图案化光的投射区域中。在一个实施例中，系统包括被配置成在沉积区域和投射区域之间移动的往复式平台。在一个实施例中，程序指令在被控制器执行时使得控制器重复执行提供另一层金属油墨并形成另一分段层的所述步骤，直到形成了包括多个分段层的微柱阵列为止。 [0043] 在一个实施例中(未示出)，控制器30被布置并编程以在构建微柱阵列20的多个分段层21、22、23、24之后移除光源14和载体11之间的掩模13；在所述多个分段层21、22、23、24中最后形成的分段层24之上提供另一层金属油墨20i；以及将未图案化的光L提供到该另一层金属油墨20i上，以在最后形成的分段层24之上在金属油墨20i中形成微柱阵列20的连续基底部分29，其中基底部分29形成连接阵列20的柱20p的金属箔。 [0044] 在一个实施例中，系统100进一步包括蚀刻装置(例如图2B中示出的参考标号40)，用于蚀刻金属油墨20i的未烧结部分20l，以提供在其间具有间隔的空间分隔的柱20p的阵列。 [0045] 在一个实施例中，系统100进一步包括电镀装置(例如图2C中示出的参考标号50)，所述电镀装置被配置成电镀金属油墨20i的烧结部分20s，以平滑微柱20p的界面。 [0046] 在一个实施例中，控制器30被编程为在照射金属油墨20i的每一后续层之前相对于掩模13移离平台12，以固定掩模13和待照射的金属油墨20i的每一后续层之间的距离d。在一个实施例中，控制器30被配置成保持掩模13和待图案化的金属油墨20i的顶层之间的固定距离d，例如其中该距离d小于0.1毫米。 [0047] 在一个实施例中，系统100包括包含沉积装置15的沉积区A1；以及包含掩模13和光源14的照射区A2。在如图3A和3B中所示的实施例中，对于微柱阵列20的每一后续层21、22，控制器30被编程为在沉积区A1和照射区A2之间来回移动平台12。 [0048] 在一个实施例中，沉积装置15包括涂覆头15h，该涂覆头包括流出开口15o，其中控制器30被编程为相对于流出开口15o移动平台12，以用于沉积金属油墨20i层。在一个实施例中，沉积装置包括用于层20i的受控施加的狭缝挤压涂覆系统。也可以使用其他沉积方法。替换地或附加地，载体11可被浸入充当沉积装置的包括金属油墨的缸中。例如，对于每一后续层，载体可被下降到缸中。 [0049] 在一个实施例中，光源是被配置成提供能够烧结金属油墨20i的闪光L的高能量闪光灯14。在一个实施例中，光源被配置成提供具有20至100微秒(μs)之间的脉冲长度的闪光L。在一个实施例中，光源被配置成在金属油墨20i层处提供具有0.5至5焦耳每平方厘米(J/cm2)之间的脉冲能量密度的闪光L。在一个实施例中，光源被配置成在金属油墨20i层处提供具有10至100千瓦每平方厘米(kW/cm2)之间的脉冲功率密度的闪光L。在一个实施例中，光源被配置成提供具有主要处于红外波长范围(>700nm)内的光谱的闪光L。虽然闪光灯是本方法和系统的优选光源，但是替换地或附加地，激光器可被使用。 [0050] 图4示意性地描绘了用于在载体11上制造微柱阵列20的一实施例的等距视图；在该实施例中，光L经由包括掩模图案13p的掩模13投射到金属油墨20i的顶层上。如图所示，掩模图案13p对应于将被创建的柱20p的横截面图案。在一个实施例中，由掩模投影的横截面图像包括对应于形成阵列20的微柱20p的多个横截面形状，其中每个横截面形状具有介于1至100微米范围内的直径。 [0051] 图5示意性地描绘了包括多个微柱20p的微柱阵列20的一实施例。微柱20p由包括熔融金属粒子的基质中的聚合粒子的烧结金属油墨的周期性层状结构形成。在一个实施例中，阵列20的微柱20p被周期性地布置，间距周期D3介于形状直径D1的1.5至5倍之间。在一个实施例中，柱20p具有柱20p的高度D2和柱20p的直径D1之间的比率D2:D1，其中比率D2:D1在20至200之间的范围内。在一个实施例中，柱20p包括多于三十个分段层21、22、23、24。当然，虽然柱子在这里被显示为具有基本上圆形的横截面形状，但柱也可具有其它横截面形状，例如正方形、矩形等。直径D1可通常指例如垂直于其长度D2的柱的最宽横截面。 [0052] 在一个实施例中，多个微柱20p被设置在连接微柱20p的箔29上，其中箔29由与微柱20p相同的烧结金属油墨形成。在一个实施例中，微柱20p被可通过电镀获得的平滑外部金属层包裹。在一个实施例中，金属油墨包括液体聚合物基质(Pol)中的金属粒子悬浮液。在一个实施例中，金属油墨包括银(Ag)粒子。例如，小插图显示熔融银粒子(浅色)的显微图像，其间具有聚合材料(深色)。在该实施例中，如图所示，熔融金属粒子(源自油墨)仍具有约30-200nm的可辨别的粒子大小(直径)。 [0053] 图6A描绘了由例如本文所使用的高能量闪光灯产生的闪光脉冲的测得的典型脉冲波形。 [0054] 图6B描绘了闪光曝光的温度分布的模拟。 [0055] 根据该模拟，65μs的脉冲宽度被使用，通过具有15微米间距的5微米孔口的掩模来完成。该模拟是针对具有1.25微米厚度的一层金属油墨进行的。模拟中所使用的油墨性质3 从实验测量结果导出，并列出如下：Ag粒子大小：50nm、密度：7000kg/m 、热容：400J/kg K、热导率：0.35W/m K(当粒子融合时热导率将迅速增加)。根据该模拟，该层中的预期温度是 250C。同时，实验证实在相当的条件下，获得了3倍体电阻率的烧结层(参见图5的插图)。 [0056] 总的来说，发现可实现的光斑直径、间隔和固化层厚度彼此相关。层的厚度越大，需要放入该层以供烧结的功率越多。但是更高的功率也意味着更受热影响的区域，这会影响光斑和间隔的分辨率。取决于衬底的热导率，所需的脉冲长度被确定。因为玻璃将充当热缓冲层，所以玻璃衬底优选地被桌台冷却以便实现可再现的结果，这是该工艺有效所必需的。一旦单个层被固化，则可降下桌台或平台，后续层可被制造。通过涂覆-固化-下降的循环，可获得所需的柱高。在作为衬底被释放之后，最终柱结构可被电镀以便获得用于沉积电池层的平滑表面。 [0057] 以这种方式形成的柱的分辨率和高度由许多参数确定，包括：金属油墨性质(如热导率、粒子大小、聚合物含量等)、衬底/载体性质(如热导率、降解温度、反射率等)、闪光单元参数(峰值功率、发射光谱、脉冲宽度、掩模分辨率、掩模-衬底距离等)。 [0058] 设计考虑因素可进一步包括以下中的一者或多者： [0059] -使用较低热导率载体；否则由于热损耗油墨可能不会烧结。 [0060] -下方桌台优选充当载体的良好散热器(以防其变热)。 [0061] -掩模和涂覆的油墨(在聚合物或溶剂基质中)之间的间隙优选地小于几十微米，以实现更高分辨率的结构 [0062] -闪光灯优选地跨相同区域提供均匀的影响。 [0063] -在最终洗去或蚀刻未烧结油墨期间，应注意金属粒子不仅仅并排粘附在一起，而且被紧密地(熔融)烧结以避免烧结柱的溶解。 [0064] 为了清楚和简明的描述，特征在本文中被描述为同一或不同实施例的一部分，然而，应当理解本发明的范围可包括具有所描述的特征中的全部或一些特征的组合的各实施例。例如，虽然各实施例被示为使用金属油墨形成微柱阵列，但对于获得本公开内容益处的本领域技术人员而言，替换方式也可被设想以实现类似的功能和结果。例如，电学、光学、和/或结构组件可被组合或拆分成一个或多个替换组件。所讨论和示出的各实施例的各种元素提供了某些优点，诸如产生高纵横比微米大小的结构。当然，应当理解，上述各实施例或过程中的任何一个可与一个或多个其他实施例或过程组合，以便在寻找和匹配设计和优点方面提供更进一步的改善。应当理解，本公开提供了特定的优点用于3D固态电池，并且通常可被应用于其中可使用高纵横比微米级结构的任何应用，例如光吸收器、光子晶体、和/或催化剂表面。公开了设备或系统要被布置和/或构造用于执行特定方法或功能的各实施例内在地公开了该方法或功能本身和/或与其他所公开的方法或系统的实施例相结合。此外，方法的实施例被认为在可能的情况下结合其他所公开的方法或系统的实施例内在地公开了它们在相应硬件中的实现。此外，可被实施为程序指令(例如，在非瞬态计算机可读存储介质上)的方法被认为是内在地被公开为此类实施例。 [0065] 因此，上述讨论旨在仅仅是本系统和/或方法的举例说明，并不应被解释为将所附权利要求限制于任何特定的实施例或实施例组。因此，要以说明性的方式来看待说明书和附图，并不旨在限制所附权利要求的范围。在解释所附权利要求时，应当理解，词语“包括”不排除给定权利要求中所列出的元素或动作之外的其他元素或动作的存在；某一元素之前的单词“一个”或“一”不排除多个此类元素的存在；权利要求中的任何参考符号不限制其范围；若干“装置”可由相同或不同的项(一个或多个)或实现的结构或功能来表示；任何所公开的设备或其部分可被组合在一起或分离成另外的部分，除非另有特别说明。在相互不同的权利要求中陈述某些手段的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些手段的组合。特别地，权利要求的所有可行组合被认为是被内在公开的。 |
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