集成电化学和太阳能电池
专利汇可以提供集成电化学和太阳能电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供用于提供集成电化学和 太阳能 电池 的方法和设备。在本发明的一个实施方案中，具有自 支撑 陶瓷 阴极 层的 电化学电池 电连接至 太阳能电池 。在本发明的另一个实施方案中，提供了具有自支撑 阳极 的电化学电池。本发明还提出了制造所述集成电化学和太阳能电池的方法，其中这类方法通过使用自支撑阴极和阳极而提供了重量减轻和改进的制造工序。，下面是集成电化学和太阳能电池专利的具体信息内容。
1.一种集成电化学和太阳能电池，所述电池包含：
电化学电池，所述电化学电池包含：
具有底表面和上表面的自支撑陶瓷阴极层，所述自支撑陶瓷阴极层的厚度为0.5～
1.0mm，所述自支撑陶瓷阴极层没有衬底层；
沉积到所述自支撑陶瓷阴极层的所述底表面上的非支撑性阴极集电器；
沉积到所述非支撑性阴极集电器上的绝缘体层；
沉积到所述自支撑陶瓷阴极层的所述上表面上的固体电解质层；
沉积到所述电解质层上的阳极层；和
沉积到所述阳极层上的阳极集电器；
在所述绝缘体层上生长的太阳能电池，所述太阳能电池电连接至所述电化学电池，和沉积到所述集成电化学和太阳能电池上的封装层。
2.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述阳极层还包含锂合金。
3.权利要求2所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述锂合金为掺杂了选自C、Sn、Si、Ge、Al、Mg、In和Ga中的材料的锂。
4.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述阳极层由金属锂构成。
5.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述自支撑陶瓷阴极层由含锂的金属氧化物制成。
6.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述自支撑陶瓷阴极层由金属氧化物制成。
7.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述自支撑陶瓷阴极层由金属硫化物制成。
8.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述自支撑陶瓷阴极层由含锂的金属硫化物制成。
9.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述自支撑陶瓷阴极层由金属氧硫化物制成。
10.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述自支撑陶瓷阴极层由含锂的金属氧硫化物制成。
11.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述自支撑陶瓷阴极层由硒化物制成。
12.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述自支撑陶瓷阴极层由金属磷酸盐制成。
13.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述自支撑陶瓷阴极层由含锂的金属磷酸盐制成。
14.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述自支撑陶瓷阴极层由一种或多种金属氧化物、磷酸盐或硫化物的混合物制成。
15.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述自支撑陶瓷阴极层包含阴极材料和电解质的混合物。
16.如权利要求15所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述自支撑陶瓷阴极层还含有导电材料。
17.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述电解质层为锂磷氧氮化物。
18.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述电解质层选自Li3.4V0.6Si0.4O4和Li6.1V0.61Si0.39O5.36。
19.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述电解质层选自LiBO2、LiBP和Li2SO4-Li2O-B2O3。
20.如权利要求1所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述电解质层选自Li2S-SiS2-P2S5和LiI-Li2S-P2S5-P2O5。
21.如权利要求10所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述阳极层由金属锂构成。
22.如权利要求15所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述阳极层由锂合金构成。
23.如权利要求15所述的集成电化学和太阳能电池，其中所述阳极层由选自LixV2O5、V2O5、Cu、SiSn0.87O1.20Ni1.72和SnO中的材料构成。
24.一种制造集成电化学和太阳能电池的方法，所述方法包括：
电化学电池形成工艺，包括如下步骤：
在陶瓷自支撑阴极层上制造非支撑性阴极集电器层，所述自支撑陶瓷阴极层没有衬底层；
在所述非支撑性阴极集电器上形成绝缘体层；
在所述陶瓷自支撑阴极层上形成固体电解质层；
在所述电解质层上形成阳极层；
在所述阳极层上制造阳极集电器层；
太阳能电池形成工艺，包括如下步骤：在形成绝缘体层的步骤之后，且在形成固体电解质层的步骤之前，在所述绝缘体层上沉积光电材料；
在所述阳极层上制造阳极集电器层的步骤之后的将所述太阳能电池电连接至所述电化学电池的步骤，和
封装形成工艺，包括如下步骤：向所述集成电化学和太阳能电池施用至少一种封装材料。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述电化学电池形成工艺还包括致密化步骤，所述致密化步骤包括：使用至少一种高温制备技术来形成所述阴极层。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述致密化步骤包括热等压压制。
27.如权利要求25所述的方法，其中在所述致密化步骤之前，所述电化学电池形成工艺还包括如下步骤：将电解质材料与用于形成所述陶瓷自支撑阴极层的材料进行混合。
28.如权利要求27所述的方法，其中在所述致密化步骤之前，所述电化学电池形成工艺还包括如下步骤：将导电材料与所述用于形成所述陶瓷自支撑阴极层的材料和所述电解质材料进行混合。
29.如权利要求24所述的方法，其中所述电化学电池形成工艺还包括如下步骤：在所述固体电解质层上沉积金属层。
30.如权利要求24所述的方法，其中所述在所述陶瓷自支撑阴极层上形成固体电解质层的步骤还包括：通过溅射在所述陶瓷自支撑阴极层上沉积固体电解质材料。
31.如权利要求24所述的方法，其中所述在所述陶瓷自支撑阴极层上形成固体电解质层的步骤还包括：通过射频溅射在所述陶瓷自支撑阴极层上沉积固体电解质材料。
32.如权利要求24所述的方法，其中所述在所述陶瓷自支撑阴极层上形成固体电解质层的步骤还包括：通过分子束沉积在所述陶瓷自支撑阴极层上沉积固体电解质材料。
33.如权利要求24所述的方法，其中所述在所述陶瓷自支撑阴极层上形成固体电解质层的步骤还包括：通过原子层沉积在所述陶瓷自支撑阴极层上沉积固体电解质材料。
34.如权利要求24所述的方法，其中所述在所述陶瓷自支撑阴极层上形成固体电解质层的步骤还包括：通过脉冲激光沉积在所述陶瓷自支撑阴极层上沉积固体电解质材料。
35.如权利要求24所述的方法，其中所述在所述陶瓷自支撑阴极层上形成固体电解质层的步骤还包括：通过化学气相沉积在所述陶瓷自支撑阴极层上沉积固体电解质材料。
36.如权利要求24所述的方法，其中所述在所述陶瓷自支撑阴极层上形成固体电解质层的步骤还包括：通过等离子体增强化学气相沉积在所述陶瓷自支撑阴极层上沉积固体电解质材料。
37.如权利要求24所述的方法，其中所述在所述陶瓷自支撑阴极层上形成固体电解质层的步骤还包括：通过离子束辅助沉积在所述陶瓷自支撑阴极层上沉积固体电解质材料。
38.如权利要求24所述的方法，其中所述电化学电池形成工艺还包括如下步骤：在所述电化学电池上沉积第一密封层。
39.如权利要求38所述的方法，其中用于所述第一密封层的材料为氮化硅。
40.如权利要求38所述的方法，其中用于所述第一密封层的材料为氧氮化硅。
41.如权利要求38所述的方法，其中用于所述第一密封层的材料为聚对二甲苯。
42.如权利要求38所述的方法，其中用于所述第一密封层的材料为聚合物。
43.如权利要求38所述的方法，其中所述电化学电池形成工艺还包括如下步骤：沉积第二密封层。
44.如权利要求43所述的方法，其中用于所述第一密封层的材料为氮化硅，用于所述第二密封层的材料为氧化硅。
45.如权利要求43所述的方法，其中用于所述第一密封层的材料为氧氮化硅，用于所述第二密封层的材料为金属。
46.如权利要求43所述的方法，其中用于所述第一密封层的材料为氮化硅，用于所述第二密封层的材料为金属。
47.如权利要求43所述的方法，其中用于所述第一密封层的材料为氮化硅，用于所述第二密封层的材料为聚合物。
48.如权利要求43所述的方法，其中用于所述第一密封层的材料为氧氮化硅，用于所述第二密封层的材料为聚合物。
49.一种集成电化学和太阳能电池，所述电池包含：
电化学电池，所述电化学电池包含：
具有底表面和上表面的自支撑陶瓷阴极层，所述自支撑陶瓷阴极层的厚度为0.5～
1.0mm，所述自支撑陶瓷阴极层没有衬底层，且所述自支撑陶瓷阴极层包含LiCoO2、电解质材料和导电材料的混合物；
沉积到所述自支撑陶瓷阴极层的所述底表面上的非支撑性阴极集电器；
沉积到所述非支撑性阴极集电器上的绝缘体层；
沉积到所述自支撑陶瓷阴极层的所述上表面上的电解质层，所述电解质层包含锂磷氧氮化物；
沉积到所述电解质层上的阳极层，所述阳极层包含锂合金；和
沉积到所述阳极层上的阳极集电器；和
在所述绝缘体层上生长的太阳能电池，所述太阳能电池电连接至所述电化学电池，和沉积到所述集成电化学和太阳能电池上的封装层。
50.一种集成电化学和太阳能电池，所述电池包含：
电化学电池，所述电化学电池包含：
具有底表面和上表面的自支撑陶瓷阴极层，所述自支撑陶瓷阴极层的厚度为0.5～
1.0mm，所述自支撑陶瓷阴极层没有衬底层，且所述自支撑陶瓷阴极层包含LiCoO2、电解质材料和导电材料的混合物；
沉积到所述自支撑陶瓷阴极层的所述底表面上的非支撑性阴极集电器；
沉积到所述非支撑性阴极集电器上的绝缘体层；
沉积到所述自支撑陶瓷阴极层的所述上表面上的电解质层，所述电解质层包含锂磷氧氮化物；
沉积到所述电解质层上的阳极层，所述阳极层包含锂合金；和
沉积到所述阳极层上的阳极集电器；和
在所述绝缘体层上生长的太阳能电池，所述太阳能电池电连接至所述电化学电池，和沉积到所述集成电化学和太阳能电池上的封装层。
集成电化学和太阳能电池
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
32。在相反主面上，制造固体电解质层34。选择用于固体电解质层34的材料将取决于用于自支撑阳极层33的材料；然而，应当选择这种电解质材料以确保在阳极层33和阴极层
35通过外部电路连接时离子从自支撑阳极层33流向阴极层35。在固体电解质层34上形
成阴极层35，且所述阴极层35应当由如下的材料构成，所述材料将实现与电池的活性离子(即分别与锂、钠、铜或银离子)的插入反应。接下来在阴极层35上形成阴极集电器36，然后是阴极电路连接器，从而将阴极集电器连接至外部电路。最后，在本发明的某些实施方案中，为了防止向电化学电池30内引入水分而使用封装层38。所述封装层38能够由单次或多次施用的各种封装材料构成。例如，在优选实施方案中，能够使用氮化硅作为封装材料。
在给定本领域技术人员显而易见的氮化硅的固有性质的条件下，通常在氮化硅上施用第二种材料如氧化硅，以确保封装层38对电池30进行气密性密封。能够用作封装层38部分的材料的其它实例包括氧氮化硅、聚对二甲苯(parylene)、聚合物或金属。
21。当沉积铜阴极集电器21以与粘结44的锡层密切接触并进行加热时，发生铜-锡-铜
扩散粘结过程，导致在绝缘体层43和阴极集电器21之间借助于粘结44而产生坚固粘结。
在一个实施方案中，在制造阴极集电器21和阴极电路连接器22之后，然后能够使用制造技术如适合于选定材料的技术在太阳能电池上制造如图2中所示的自支撑电化学电池。在替代实施方案中，独立于太阳能电池42和玻璃41组合，制造了如图2中所示的自支撑电化学电池。然后，借助于如前所示的粘结44，将完成的自支撑电化学电池20的阴极集电器21连接至绝缘体层43。在另一个实施方案中，利用充当绝缘体层43和粘结44两者的胶粘剂将太阳能电池42连接至阴极集电器21。
在步骤209中，准备陶瓷自支撑阴极层。在某些实施方案中，步骤209包括在准备期间向阴极材料中添加电解质和/或导电材料。在其它实施方案中，将阴极材料与选定的电解质和/或导电材料混合在一起，然后进行各种处理如热等压压制从而确保致密的阴极结构。在步骤211中，向自支撑陶瓷阴极材料的一个主面施用非支撑性阴极集电器并准备阴极电路连接器。在步骤213中，在所述阴极集电器上沉积铜层。在步骤215中，借助于本领域中已知的铜-锡-铜扩散技术，将在阴极集电器上沉积的铜层粘结至在步骤207中沉积的锡层。
在步骤215之后，建造电化学电池，如同先前从图5的步骤105所开始构造的那样。
309中，提供自支撑阳极。在优选实施方案中，从锂、钠、铜、银或它们与其它金属的合金中选择本发明的自支撑阳极。在步骤311中，在自支撑阳极两个主面中的一个上制造阳极集电器和阳极电路连接器。在步骤313中，在阳极集电器上沉积铜层。在步骤315中，使用铜-锡-铜扩散粘结技术，将在步骤307中沉积的锡层与在步骤313中沉积的铜层粘结起
来。在选择铜作为阳极集电器材料的情况中，可以省略步骤313。接下来，在步骤318中，在与阳极集电器相反的阳极层主面上沉积电解质层。在步骤319中，准备阴极材料并结合在电解质层上。在某些实施方案中，步骤319包括在准备期间向阴极材料中添加电解质和/或导电材料。在其它实施方案中，将阴极材料与选定的电解质和/或导电材料混合在一起，然后进行各种处理如热等压压制，以确保致密的阴极结构。接下来，在步骤321中，准备并制造阴极集电器和阴极电路连接器。最后，在步骤323中，将装置的至少电化学电池部分进行封装，以防止向单元内引入水分。
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