专利名称：密封式整体光电化学系统及制造密封式整体光电化学系统的方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1前序部分的密封式整体光电化学系统。 本发明基于包括电绝缘基体、导电图案的结构，所述导电图案包括承栽 区域、连接所述承栽区域与第一端子的第一组接触通路和从第二端子向 接触部分延伸的第二组接触通路。多孔结构阵列布置于所述承载区域 上。各多孔结构包括工作电极、绝缘层和反电极。
本发明还涉及根据权利要求11前序部分的制造密封式整体光电化 学系统的方法。本发明尤其涉及制造如上所述结构的方法，其中以阵列 形式布置于基体上的电化学电池由多孔结构形成，所述多孔结构包括多 孔工作电极、多孔绝缘层和多孔反电极，所述多孔绝缘层位于所述工作 电极顶部并与工作电极接触，所述多孔反电极至少部分位于所述绝缘层 顶部并与绝缘层接触。所述电极和绝缘层优选通过烧结形成。
背景技术：
整体电化学系统是本领域以前就已知的。整体电化学系统是工作电 极和反电极组装为单一整合体的电化学系统。工作电极和反电极通过多 孔绝缘材料中间层隔开。工作电极和反电极由多孔结构构成且电解质至 少部分填充所述多孔结构，其为包括形成工作电极的层、形成反电极的 层和分隔反电极与工作电极的绝缘层的整体结构。
整体光电化学系统的早期实例公开于W097/16838中，其涉及由多 个串联的光伏电池的整体组件组成的光伏电池电池组。
传统的光电化学系统包括提供有第一电极的第一基体和提供有第 二电极的第二基体。布置所述第一和第二基体，使得所述电极彼此面对 同时在其间留下小的间隙。为确保所述间隙的大小在所需的范围内，可使用隔离器(例如隔板)来将基体隔开一定的距离。系统在第一和第二基 体的边缘处以及相邻的电连接电池之间密封，以防止电解质使电池间接 通。为产生在系统的整个有效区域上(即电极的全部区域上)具有均匀性 质的光电化学系统，必须使电极间的距离保持在较窄的范围内，这使得 制造困难。为避免电解质使相邻电池间接触，两个基体的水平定位必须 高度精确，这使得制造困难。这种传统的双片型光电化学系统的另一个
缺陷在于电解质通常得在系统组装之后引入。引入电解质的通道的开 口必须在引入电解质后密封好，以防止电解质泄漏和例如水渗入电池。 各个电池需要单独的开口，导致具有许多电池的系统需要大量开口，这 使生产变得困难。通过狭窄的通道向基体之间基本封闭的空间中引入电 解质可能导致在系统中产生气穴或电解质的不均匀分布，这二者均降低 系统的品质。
整体电化学系统已显示出提供非常紧凑和筒单的设计，其中所述电 化学系统的构造使得可不必要求第一基体与第二基体在位置上隔开特 定的距离。在这种情况下，可通过施加到基体上的多层结构构造电化学 系统，其后封闭电化学系统。吸光染料和电解质优选在封闭电化学系统 之前引入。所述结构可合适地通过至少一个聚合物层的柔性片封闭，所 述柔性片优选在热和低于大气压下施加到所述结构。
整体光电化学系统的实验已表明，难以在基体上制造使电池给出相 同性质或在所需范围内的性质的整体光电化学电池阵列，即便电池在相 同基体上同时制造也是如此。单个光电化学电池的特征在于其电流-电 压特性。电池的电流-电压特性随光强和光镨而异。描述光电化学电池
的电流-电压特性的重要数据是短路电流(Isc)、开路电压(U。e)和最大功率 点(Pmax)，最大功率点是在测定中所用的特定光条件下电池能给出的最 高能量输出。术语占空系数(ff)常用来将曲线描述为ff=Pmax/(U。c*Isc)。为 减小布置于共同基体上各个电池的电流-电压特性的差异，对生产的要 求趋向于变得更加严格，需要更高质量的化学组分纯度、生产环境和生 产工艺。这样的措施使生产变得昂贵得多。 一个重要的例子是必须完美 地控制工作电极、绝缘层和反电极的沉积，以便避免反电极部分穿透与 工作电极接触的绝缘层和/或基体上的中间导电层，引起能量损失以及 因此引起共同基体上各个电池的电流-电压特性的差异。由于为获得最 佳电池性能需要薄的绝缘隔离层(因为薄绝缘隔离层使含有氧化还原对的电解质在两个工作和反电极之间的扩散简化)，因此这变得更加关键。
整体光电化学系统的多孔反电极应满足以下条件l)是良电导体， 以避免通过反电极输运电子过程中的能量损失；2)是用于电解质的氧化 还原对的良好的催化剂；和3)对基体上的中间导电层具有良好的粘附 性。整体光电化学系统的实验已表明，难以将这三种特性组合于一种反 电极材料中。当尝试将这三种特性组合于一种多孔反电极材料中时，至 少有一种特性总是表现得不充分，从而导致能量损失并因此降低整体光
电化学系统的效率。
整体光电化学系统中的电极传统上通过例如丝网印刷工艺中选择 性沉积骨体形成，在其上烧结电极，以便烧去骨体的有机残余物并在多 孔电极的颗粒间产生电接触。在现有技术中，这是在沉积电极层之后的 一个烧结工艺中完成的。整体光电化学系统的实验已表明，工作电极和 反电极的性质取决于烧结温度，并且不同层具有不同的最佳烧结温度。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有多个布置于共同基体上的电池 的整体光电化学系统，相对于现有技术系统，所述整体光电化学系统具 有改进的效率而不对生产工艺提出更严格的要求，从而能使这类电化学 系统成本有效地生产。
该目的通过根据权利要求1特征部分的密封式整体系统实现。本发 明基于在基体上并联连接多个光电化学电池，而不是按现有技术方案那 样串联连接多个光电化学电池。
本发明基于如下三个观察结果
1) 制造于相同基体上的各个整体光电化学电池间的短路电流和占 空系数不同，即便其同时制造也是如此，而对于这类电池来说，开路电 压的变化要小得多。
2) 制造于相同基体上的各个整体光电化学电池间的长期稳定性 (即，电池随时间推移的性能)不同，即便其同时制造也是如此。各个电池的差异随短路电流和/或占空系数的不同演变而出现，而对于这类电 池来说，开路电压的演变差不多相同。
3)当通过例如遮蔽使整体光电化学电池的一部分比电池的其余部 分暴露于较低的光强时，电池的开路电压保持恒定或仅略微降低。另一 方面，电池的短路电流与暴露于较少光中的面积成比例地降低。这可部 分地由以下事实解释整体光电化学电池中的短路电流随光强线性增 大，而开路电压随光强按对数关系增大。但实验中开路电压的小变化比 预期的要小，表明所述系统具有出人意料的有用的品质。
在光电化学系统中的各个电池并联连接的情况下，也就是说电池的 工作电极与第一端子相连而反电极与第二端子相连时，系统的电流-电 压特性通过将端子的各特定电压下各电池的电流相加给定。相比之下， 在电化学系统中的各个电池串联连接的情况下，也就是说一个电池的反 电极与另一个电池的工作电极相连时，系统的电流-电压特性通过将在 流过电池的各电流下各电池上的电压相加给定。由于本发明人观察到就 不同的短路电流和占空系数而言，制造于相同基体上的整体光电化学电 池从制造日起已经或由于电池随时间推移的不同变化具有不同的电流-电压特性，故与串联连接相比，当将这类电池并联连接时，能量损失(即， 相对于系统中各电池最大功率输出的和，系统的最大功率输出)将要小 一些，即这类电池并联连接的最大功率点将高于串联连接。本发明人所 做的实验已证实，电池并联布置使电流-电压特性具有所述变化的整体 光电化学系统比所述电池串联布置的光电化学系统有效。代替开发减小 共同基体上各个电池特性差异的更精细的生产方法，本发明人已提出并 联布置电池，而不是如现有技术方案中提出的那样串联布置。
在串联连接的光电化学电池阵列中的一个或数个电池的短路电流 低于其他电池但开路电压与其他电池相近的情况下，这类不匹配的电池 可能在高于该不匹配的电池的短路电流的电流下工作。因此，电池将在 负偏压下工作并消耗能量。在并联连接的系统中，因为对于电流-电压 特性的电压水平来说系统的电流-电压特性由通过各电池的电流相加给 定，所以不存在这种情况。相比之下，在并联连接的光电化学电池阵列 中的一个或数个电池的开路电压低于其他电池但短路电流与其他电池 相近的情况下，具有较低开路电压的电池可能在电池并联连接的系统中在高于不匹配电池的开路电压的电压下工作。电池可因此在负电流下工 作并消耗能量。在串联连接的系统中，因为系统的电流-电压特性由通 过电池的各电流下各电池上的电压相加给定，所以不存在这种情况。由 于本发明人观察到制造于相同基体上的整体光电化学电池从制造日起
而言具有不同的电流-电压特性但开路电压非常相似，故并联连接系:统 中发生电池消耗能量的情形将比串联连接少得多。
当为了将光转化为电能而将光电化学系统安装在户外时，很可能会 使布置于共同基体上的某些太阳能电池的一部分暂时位于阴暗处，而使 其余部分位于阳光直射下。由于本发明人观察到当电池被部分或完全遮 蔽时开路电压保持恒定或仅略微降低，故在部分遮蔽具有在相同基体上 的电池阵列的整体光电化学系统的情形下，与串联连接的电池相比，电 池的并联连接应导致能量损失较低。本发明人已就此进行了实验，证实 在相连电池的阵列中部分遮蔽一个或数个电池的情况下，与电池串联连 接的情形相比，当电池并联布置时，作为相连电池系统的输出将得到更 多由各个电池产生的能量。
此外，在用作将光转化为电能的设备的光电化学系统中的单个电池 或一些电池至少部分位于阴暗中的情况下，在所述光电化学系统中电池 串联连接于共同基体上，或者如果一个或一些电池的短路电流因电池产 生时的差异或由于电池的老化不同而比其他电池的短路电流高，则当系 统在高于这个或这些电池的短路电流的电流下工作时，电流将在反偏压 即负极性下通过这个或这些电池。由于反偏压下电池中的能量消耗，这 可能导致电池衰减，并且无疑会导致系统效率降低。在电池并联连接的
整体光电化学系统中，由于本发明人的如下三点观察l)相对于未遮蔽
的情形，部分遮蔽的整体光电化学电池的开路电压保持恒定或略微降
低，2)对于制造于共同基体上的电池来说开路电压近似恒定，和3)对于 制造于相同基体上的电池来说开路电压的演化比短路电流平稳得多，故 出现这个问题的风险要低得多。因此，与电池串联连接的情形相比，当 电池并联布置时，可更有效地避免由于部分遮蔽而造成电池在反偏压下 工作，从而使系统的功率输出更高、寿命更长。
优选的实施方案在附随的权利要求中公开。反电极具有第一端部，所述第一端部向下延伸至通向端子的接触通 路并与之接触。在第一特别优选的实施方案部分中，反电极包括与反电 极的其余部分组成不同的接触层，所述接触层位于所述第一端部并与和 所述接触通路相连的接触部分接触。接触层具有与反电极的其余部分不 同的性质。选择形成所述接触层的材料，以使其比选择用来形成反电极 其余部分的材料更好地粘附于接触部分和/或基体。
通过在两个不同的烧结工艺中烧结工作电极和反电极，可对各电极
的烧结工艺加以优化。对于优选由Ti02组分形成的工作电极来说烧结 工艺优选在约4501C的温度下进行，而对于优选由碳制成的反电极来说 烧结工艺在约390"C下进行。通过在较低的温度下烧结碳反电极，获得 电阻明显较小的反电极。这导致通过整体光电化学电池中的反电极输运 电子时引起的能量损失较小，因此电池效率较高。
在本发明的一个优选实施方案中，反电极在第一和第二工艺步骤中 沉积到基体上，其中反电极的接触层在第一步中施加而反电极的其余部 分在第二步中施加。通过引入接触层，反电极与接触通路和/或基体间 可获得增加的粘附力，而对反电极其余部分的导电性没有不利影响。
下面参照附图进一步详细描述本发明的实施方案，在附图中，
图l示出承栽导电层的基体的俯视图。
图2示出沿图1中基体A-A线的横截面。
图3示出布置在如图1所示的基体上的整体系统。
图4示出沿图3中整体系统B-B线的横截面。
图4a更详细地示出图4的C部分。
图5示出布置于基体上的导电图案的第二实施方案。
图6示出沿通过图5中所示基体D-D线的横截面。图7示出形成承载区域和接触部分的中间层。
图8示出第一和第二组接触通路中所含的导体。
图9示出布置于基体上的导电图案的第三实施方案。
图10示出形成图9中所示实施方案的承载区域和接触部分的中间层。
图11示出形成图9中所示实施方案的承载区域和接触部分的中间 层，其中两个承载区域之间的区域中中间层的形状采用另一种布置。
图12a、 b示出沿通过图5中所示基体D-D和E-E线的横截面。
图13a、 b示出布置于一个基体上的两个一组的整体光电化学电池， 其中导体安放在中间层下。
图14示出布置在基体上的整体光电化学电池，其中导体安放在中 间层和反电极上。
图15a、 b示出布置于一个基体上的两个一组的整体光电化学电池， 其中导体与电解质溶液化学相容。
图16示出包括由间隙隔开以一行细长电池布置的多个电池的整体 光电化学系统。
图17示出三个差不多相同的电池单独、串联连接和并联连接的电 流-电压特性。
图18示出作为如图17中的电池单独、串联和并联时电压的函数的 功率。
图19示出如图17或18布置的电池的电流-电压特性，其中一个电 池被部分遮蔽。
图20示出作为如图118中电池的单独、串联和并联时的电压的函数 的功率，其中一个电池被部分遮蔽。
所述附图仅是示意性的而非限制性的。在附图中，出于示意的目的，一些元件的尺寸可能被放大而未按比例绘制。特别是与包括承载区域、 反电极、绝缘层和工作电极在内的多个层的横向尺寸相比，各个层的厚 度尺寸,皮大幅放大。
具体实施例方式
图1示出整体电化学系统1的基体2。合适的基体是本领域熟知的， 可优选由玻璃或塑性材料制成。基体承载导电图案3，导电图案3包括 布置以支承工作电极12的承载区域4、与反电极14相连的接触部分10、 连接所述承载区域4与第一端子6的第一组接触通路5、连接所述接触 部分10与笫二端子8的第二组接触通路7。导电图案3可以以结构化图 案形式在导电材料中间层中提供。适合用来制造电化学系统的中间层是 本领域熟知的。激光结构化的TCO玻璃板(如来自Hartford Glass的 TEC 15欧姆/平方)可合适地作为基体和导电材料的图案提供。在图1 所示的基体中，导电图案完全由中间导电材料的结构化图案构成。导电 材料的图案也可如图13a、 13b、 14和15a、 15b中公开的实施方案中所 公开的那样包括布置于工作电极顶部或反电极顶部的导电接触部分。
在图l所示的实施例中，中间层包括形成承载区域4的第一和第二 矩形部分。在承载区域4之间，导电区域形成接触部分10和第二组接 触通路7的一部分。所述导电区域延伸至第二端子8处以与外部电路连 接。此外，承载区域提供有通向第一端子6的延伸，该延伸形成第一组 接触通路5的一部分。这里在这个实施例中，由于接触通路和接触区域 二者形成在中间层中形成的单个不间断区域的一部分，故接触部分10 与通向第二端子6的接触通路7之间的分界纯粹是虚拟的。此外，由于 接触通路和承栽区域二者形成在中间层中形成的单个不间断区域的一 部分，故承载区域4与通向第一端子6的接触通路5之间的分界纯粹是 虚拟的。所述区域可通过例如按常规方法激光结构化或化学蚀刻选择性 地去除中间层或通过例如丝网印刷选择性地涂覆中间层形成。
图2示出沿图1中基体A-A线的横截面。基体2承栽导电图案3， 其由位于基体上的导电材料的结构化中间层形成。图中示出承载区域4 与第一接触通路5的一部分间的虚拟分界以及接触部分10与第二组接 触通路7的一部分间的虚拟分界。从接触部分10和第二接触通路7由导电材料的连续不间断层形成的意义上来说，所述分界是虛拟的。在同
样意义上，因为承栽区域4和第一组接触通路5由导电材料的连续不间 断层形成，所以承栽区域4与第一组接触通路5之间的分界是虚拟的。 承载区域4与接触部分10由间隙9隔开。
图3中示出构建在如图1中所示的基体上的整体光电化学系统1。 整体光电化学系统l包括布置于基体2上的多孔结构llrll加的阵列。 在图3中所示的光电化学系统中，所述阵列以由两个多孔结构组成的阵 列为例说明。实际上优选布置至少一排并列布置且沿基体的整个或大部 分宽度延伸的多孔结构。这样的结构的一个实施方案在图13中示出。 如图4中所示，图4是沿图3中所示系统B-B线的横截面，各多孔结构 11包括工作电极12、绝缘层13和反电极14。电解质至少部分填充多孔 结构11以形成光电化学电池。工作电极12位于承载区域顶部。绝缘层 13位于工作电极顶部，防止工作电极与位于绝缘层顶部的反电极14接 触。反电极14、绝缘层13和工作电极12均由形成为集成式整体多孔结 构的多孔纳米结构材料形成。
绝缘层13具有第一端部16，所述第一端部16可向下延伸至承载区 域4与所述第二组接触通路7的接触部分10之间的间隙9并与之接触， 以便使工作电极与第二组接触通路隔开。接触部分10在反电极14与第 二组接触通路之间建立电连接。接触通路7和接触部分10的宽度应尽 可能小，以使工作电极或光电极12可覆盖基体表面积中尽可能大的部 分，从而使光电化学系统可从尽可能大的设备面积吸收光。
反电极14具有第一端部17，所述第一端部17向下延伸至第二组接 触通路7的接触部分10并与之接触，以便反电极14与第二组接触通路 7电接触。在本发明的一个优选实施方案中，端部17包括与反电极14 的其余部分组成不同的接触层18。选择不同的组成是为了比反电极的其 余部分地对接触部分10的粘附强。在一个实施方案中，不同的组成物 选为含有碳黑含量比反电极的其余部分高的组成。在一个优选的实施方 案中，接触层中的含量为l份碳黑和4份石墨，而选择反电极的其余部 分中含量为l份碳黑和25份石墨。由于添加剂如铂，反电极还可具有 改进的催化性。因此，接触部分10是与反电极接触的导电图案部分。 承栽区域4是与工作电极12接触的导电图案部分。对于单个电池布置于基体上的电化学系统或多个电池串联布置于 共同基体上的电化学系统来说，确保反电极较强地粘附于接触通路的要 求也是必要的。釆用该构思的电化学系统通常可描述为密封式整体电化 学系统，所述系统包括电绝缘基体、布置于所述基体上的导电图案(所 述导电图案包括至少 一个承载区域、连接所述至少 一个承载区域与第一 端子的第 一组接触通路、从第二端子向所述至少 一个承载区域延伸并在 承载区域与所述第二组接触通路的接触部分之间留下间隙的第二组接 触通路)、布置于所述至少一个承栽区域上的至少一个多孔结构(其中所 述至少一个多孔结构包括工作电极、绝缘层和反电极)、至少部分填充 所述至少一个多孔结构以形成至少一个电化学电池的电解质和位于所 述基体上并覆盖所述至少一个多孔结构的密封材料，其中所述反电极具 有第一端部，所述第一端部向下延伸至所述第二组接触通路的所述接触 部分并与之接触，以便反电极与第二组接触通路接触，并且所述端部包 括与反电极的其余部分组成不同的接触层。
一种制造任意类型的电化学系统的合适方法，例如单个电池布置于 基体上的电化学系统或者多个电池串联或并联布置于共同基体上的电 化学系统，所述系统提供有更强地粘附于接触部分的反电极，可通过如
下步骤制造
a) 在基体(2)上形成导电图案，所述图案包括承载区域(4),
b) 用半导体材料至少部分覆盖各承载区域(4)以形成工作电极(12)，
c) 用意在于各工作电极和反电极(14)之间形成绝缘层(13)的绝缘材料覆 盖意在形成工作电极(12)的半导体材料，
d) 用意在形成反电极(14)的导电材料至少部分覆盖所述绝缘材料，所述 反电极(14)与接触部分(10)连接，其中形成反电极(14)的步骤d)包括第 一步dl)施加布置用以使反电极(14)粘附于接触部分(10)上的接触材料 (18),和第二步d2)施加导电材料以形成反电极(14)的其余部分。
电解质至少部分填充所述多孔结构lh，…ll2n，从而形成多个电化学 电池。电解质可通过吸收进多孔结构中施加，例如通过分配或印刷工艺。
如图4中所示，密封材料15覆盖多孔结构阵列11h…ll2n。电池的封装可优选通过施加作为密封剂的热塑性材料如Surlyn⑧或热固性树脂
行。也可采用其他类型的电池封装，例如所谓的玻璃料。其通常通过例 如丝网印刷施加到朝向承载整体光电化学系统的基体设置的第二基体 上以覆盖所述整体光电化学电池并在超过400"C的温度下烧结。
承载区域4可优选为矩形。第二组接触通路7的接触部分10优选 形成为基本上沿承载区域的侧边之一的整个长度延伸。
本发明所有实施方案中所示的电化学电池均为电池并联连接。这意 味着承载多个工作电极的承载区域与第一端子直接相连，连接多个反 电极的接触部分与第二端子直接连接。
如图3和4中所示，多孔结构阵列lh,…ll2n布置于承载区域4上。 各多孔结构11包括工作电极12、绝缘层13和反电极14。工作电极、 绝缘层和反电极的合适材料是本领域熟知的。电解质至少部分填充所述 多孔结构。
如图4和图4a所示的图4中C部分的放大图所示，反电极14具有 笫一端部17，所述第一端部17向下延伸至第二组接触通路7的接触部 分10并与之接触，以便反电极14与第二组接触通路电接触。反电极因 此由基本平坦的顶端部分20和弯曲的第一端部17构成，所述顶端部分 20位于绝缘层顶部，所述第一端部17覆盖绝缘层的边缘22并向下延伸 与在承栽区域4和接触部分10之间的间隙9接触。
在本发明的一个优选实施方案中，端部17包括与反电极14的其余 部分组成不同的接触层18。选择不同的组成以比反电极的其余部分对接 触部分10的粘附强。在一个实施方案中，不同的组成物选择为含碳黑 含量比反电极的其余部分高的组成。在一个优选的实施方案中，接触层 中的含量为l份碳黑和4份石墨，而选择反电极的其余部分中含量为1 份碳黑和25份石墨。此外，反电极的其余部分可镀铂以提高其催化性。
对于有单个电池布置于基体上的电化学系统或有多个电池串联布
置于共同基体上的电化学系统来说，确保反电极更强地粘附于接触通路 上的要求也是必要的。采用该构思的电化学系统通常可描述为密封式整体电化学系统，所述系统包括电绝缘基体和至少一个布置于所述基体上 的多孔结构，其中所述至少一个多孔结构包括工作电极、绝缘层和反电 极，至少部分填充所述至少一个多孔结构以形成至少一个电化学电池的 电解质以及位于所述基体上并覆盖所述至少一个多孔结构的密封材料， 其中所述反电极具有第 一端部，所述第 一端部向下延伸至一组接触通路 的接触部分并与之接触，以便所述反电极与该组接触通路电连接，且所 述端部包括与反电极的其余部分组成不同的接触层。
所述至少 一个电化学电池优选通过位于基体上的导电材料中间层 与端子连接。所述中间层可优选以图案形式形成，所述图案包括至少一 个承载区域、连接所述至少 一个承载区域与第 一端子的第 一组接触通路 以及自第二端子向所述至少一个承载区域延伸并在承载区域与所述第 二组接触通路的接触部分之间留下间隙的第二组接触通路。
图5中示出导电图案3的第二实施方案。在该实施方案中，导电图 案包括以与图1中所示实施方案相同的方式成形的结构化导电中间层 24。结构化中间导电层24包括承栽区域4、连接所述承载区域4与第一 端子6的第一组接触通路5、接触部分10和连接所述接触部分10与第 二端子8的第二组接触通路7。为减少第一和第二组接触通路5、 7中的 损失，这些通路包含高导电材料的导体26，该高导电材料的电阻比形成 所述中间导电层的第 一材料的电阻低。所述导体优选由金属例如银、铜、 铝或其任意合金制成。在一个优选的实施方案中，导体26由银制成， 中间导电层由FI掺杂的Sn02制成。导体的其他选择均为良导电材料。 中间导电层的其他选择为例如Sn掺杂的氧化铟(ITO)或掺杂的氧化锌。 优选地，导体26和中间层24与至少部分填充光电化学系统的多孔结构 的电解质化学相容。这样，导体26和中间层24可暴露于电解质而无降 解风险。电解质与导体26之间的化学不相容性会导致器件性能随时间 衰减并缩短寿命。光电化学电池中的常规电解质含有氧化还原对碘化物 /三碘化物，其通常溶解于有机溶剂中。然而，其他氧化还原对和其他 电解质可使用，因此包括在内。可与典型的含碘化物/三碘化物的电解 质化学相容的导体26为例如钛和镍。然而，包括彼此可化学相容的电 解质和导体的所有其他组合。
通常，上面公开的方法允许制造密封式整体光电化学系统，所述系置用以支承工作电极的承载区域的导电图 案，所述系统还包括布置于所述基体上的多孔结构阵列、至少部分填充 所述多孔结构以形成多个电化学电池的电解质以及覆盖所述多孔结构 阵列的封装，其中各多孔结构包括工作电极、绝缘层和反电极，其中对 于承载多个多孔结构(各多孔结构均形成电池)的基体来说，工作电极所
覆盖的有效面积占基体总面积的70%以上。特别地，如图13a、 13b和 15a、 15b中所公开的，当导体26和中间层24可与至少部分填充光电 化学系统的多孔结构的电解质化学相容时，或者当中间层24可与电解 质化学相容而导体26被中间层覆盖时，对于承栽多个多孔结构(各多孔 结构均形成电池)的基体来说，工作电极所覆盖的有效面积可占基体总 面积的90%以上。
所述系统还包括与反电极相连的接触部分。所述系统可优选具有并 联连接的电池，这样第一组接触通路连接所述承载区域与第一端子，第 二组接触通路连接所述接触部分与第二端子。
第一组接触通路5中的导体26具有自底部32沿承载区域4的侧部 延伸的第一和最后延伸28、 30。第二组接触通路中的导体设置有沿接触 部分10沿沉积于承载区域4上的电池的长度延伸并与接触部分10相连 的中间延伸34。
图6示出沿通过图5中所示基体D-D线的横截面。显示导体26布 置于中间导电层24顶部。
图7中示出具有承载区域4、接触部分10以及笫一和第二导电通路 5、 7的中间导电层24，此时基体2和导体被移除。该中间层24可用作 第一实施方案的导电图案。在图5所示的第二实施方案中，导体26以 如图8所示的形状布置于中间层顶部。
图9中示出布置于基体2上的导电图案3的第三实施方案。在该实 施方案中，与其中导体26沿导体26的整个长度位于中间导电层24上 的第二实施方案相反，导体26仅出于与承载区域4和接触部分电接触 的目的与中间层24相连。为此目的，中间层自承栽区域4向外延伸出 一点形成第一接触区域36并且自接触部分10向外延伸出 一点形成第二 接触区域40。第一接触区域36优选在优选为细长的承栽区域4的边缘
17处沿承栽区域4的长度延伸。第二接触区域40优选在优选为细长的接 触部分10的边缘处沿接触部分10的长度延伸。如果两个相邻的电池具 有共同的布置于电池之间的导体26，则形成接触部分IO的那部分中间 层24可如图10所示被分成其间具有间隙42的第一和第二部分40，所 述间隙通过导体桥接，或者优选成形为其上布置导体的连续带。在图9 实施方案中，导体26直接落在基体上而沿其部分长度例如沿底部32未 与中间层接触。图9所示的实施方案可由如图10或图11中所示的包含 承载区域4、第一和第二接触区域36、 40以及接触部分10的中间层24 构成，所述中间层布置于基体2上。在图11中第二接触区域没有通过 间隙隔开。导体也可如图8所示布置于基体和中间层顶部。
图12a、 b示出沿通过图9所示基体E-E和F-F线的横截面。如图 所示，且导体部分地落在中间层上以分别与承载区域和接触部分10连 接，导体部分地直接落在基体2上。在横截面F-F处，很明显通向端子 的底部30直接落在基体上。从E-E处的横截面可以观察到，导体位于 与承载区域和接触部分相邻的接触区域上，以将所述承载区域和接触部 分与通向端子的导体连接。
如图13a中所示，导体也可置于中间层下但仍与中间层电接触。由 于这样电解质没有与导体接触的风险，因此这可保护导体，以便仅围绕 系统的轮廓封装。在这种情况下，密封式光电化学系统l包括电绝缘基 体2、导电图案3，所述导电图案3包括布置用以支承工作电极12的承 载区域4、与反电极14相连的接触部分10、连接所述承载区域4与第 一端子6的第一组接触通路5以及连接所述接触部分10与第二端子8 的第二组接触通路7，所述系统还包括布置于所述基体2上的多孔结构
阵列(llrll2n)、至少部分填充所述多孔结构(llrll2n)以形成多个电化学 电池的电解质以及覆盖所述多孔结构阵列(llrll2n)的封装，其中各多孔
结构11包括工作电极12、绝缘层13和反电极14。此外，第一和第二 组接触通路5、 7并联连接所述多个电化学电池。在图13a所示的实施 方案中，基体上左侧和右侧电池的反电极14通过间隙G隔开，间隙G 向下延伸至接触部分IO。在这种情况下，两组接触通路5、 7因此包括 置于中间层24下部的高导电材料的导体26。在该实施方案中，接触部 分IO由至少部分在反电极的导体26顶部的中间层24组成。导电图案 因此由包括承载区域4、接触部分10以及第一和第二组接触通路5、 7的结构化中间层24组成。如图13b所示，两个相邻电池的反电极14在 这种情况下可以以一个连续层连接。根据图13b所示的实施方案，连续 反电极14由此在两个或更多个承载区域上延伸，优选在享有共同基体 的所有承载区域上延伸。中间层24适合暴露于电解质溶液，例如两种 材料是可化学相容的。这类材料的一个实例是F-掺杂的Sn02。由于导 体26受结构化中间层24保护而免于与电解质接触，故导体26不必与 电解质溶液可化学相容。导体的优选材料为银，但可使用所有导电足够 好的材料。
在图13a和13b所示的实施方案中，导体26受覆盖导体的中间层 24保护而免于与电解质接触。因此，在导体26由不与电解质化学相容 的材料即在使用过程中会被电解质降解的材料制成的情况下，也不必布 置用来保护电极使之免于与电解质接触的密封。
在图13a和b中，第一组电流通路5中的高导电材料导体26紧邻 工作电极12布置。但导体也可布置于工作电极的一小部分之下。在这 种情况下，工作电极因此被施加到两个承载区域和导体顶部的中间层 上，结果是工作电极由用于两个相邻电池的一个连续层组成。此外，导 体可包括从导体向工作电极例如垂直伸展的分支，以改善从工作电极的 集流。
如图14中所示，反电极的导体可置于反电极顶部并与之接触，只 要导体与电池组分、特别是电解质可化学相容即可。这会得到更宽的电 池而不引起额外的能量损失，因此在系统中产生较高的工作电极有效面 积百分比。在这种情况下，接触部分可由反电极上表面的一部分组成。
在这种情况下，密封式光电化学系统l包括电绝缘基体2、导电图 案3，所述导电图案3包括布置以支承工作电极12的承载区域4、与反 电极14相连的接触部分10、连接所述承载区域4与第一端子6的第一 组接触通路5以及连接所述接触部分10与第二端子8的第二组接触通 路7，所述系统还包括布置于所述基体2上的多孔结构阵列(llrll2n)、 至少部分填充所述多孔结构(llrll2n)以形成多个电化学电池的电解质
以及覆盖所述多孔结构阵列(lh-ll2n)的封装，其中各多孔结构11包括
工作电极12、绝缘层13和反电极14。在此，第一和第二组接触通路5、 7并联连接所述多个电化学电池。在图14所示的实施例中，电流通路5因此包括中间层24顶部的导体26。但用于实现电流通路5所提及的所 有实施方案均可用在这种情况下。第二组电流通路7置于反电极14的 上表面顶部并包括导体26。在这种情况下，由于接触部分10、电流通 路7和反电极14的导体26置于反电极14顶部，故两个相邻的电池间 不需要间隙的原因，工作电极12可更宽。因此，在这种情况下，导电 图案3包括在反电极14上表面上的接触部分10和第二组接触通路7以 及在基体上的承载区域4和第一组接触通路5。这里，导电图案不是由 结构化的单个中间层24构成，而是还包括系统的其他部分。
在两组接触通路5、 7包括可与至少部分填充光电化学电池的多孔 结构的电解质化学相容的高导电材料的导体26的情况下，多孔结构阵 列(llrll2n)可非常紧密地堆积，如图15a所示。电解质与导体26间化 学不相容性会导致器件性能随时间衰减，缩短寿命。光电化学电池中的 常规电解质包含氧化还原对碘化物/三碘化物，其通常溶解于有机溶剂 中。但其他氧化还原对和其他电解质可使用，因此包括在内。可与典型 的含碟化物/三碘化物的电解质化学相容的导体26为例如钛和镍。但也 包括彼此可化学相容的良导体和电解质的所有其他组合。在这种情况 下，密封式光电化学系统1包含电绝缘基体2、导电图案3，所述导电 图案3包括布置以支承工作电极12的承载区域4、与反电极14相连的 接触部分10、连接所述承栽区域4与第一端子6的第一组接触通路5 和连接所述接触部分10与第二端子8的第二组接触通路7,所述系统还
包含布置于所述基体2上的多孔结构阵列(llrll2n)、至少部分填充所迷 多孔结构(llrll2n)以形成多个电化学电池的电解质以及覆盖所述多孔 结构阵列(llrll2n)的封装，其中各多孔结构ll包含工作电极12、绝缘
层13和反电极14。这里，第一和第二组接触通路5、 7并联连接所述多 个电化学电池。这种器件构型导致更高的器件效率，原因是更大的器件 表面可用于吸收光。如图15a所示，反电极14可直接施加到导体26上。 在这种情况下，接触部分IO由导体26的上部组成。如图15b所示，反 电极14也可施加到紧邻导体26的中间层24和导体26上。在这种情况 下，接触部分10由导体26的上部和中间层24的一部分组成。
在图15a和b中，可与至少部分填充多孔结构的电解质溶液化学相 容的导体与工作电极接触。但也可将导体置于与工作电极距离一定距离
处。另一种可能是将导体置于工作电极的一小部分之下。在这种情况下，工作电极因此被施加到承栽区域和导体顶部上，产生用于两个相邻电池 的连续工作电极层。另外，导体可包括从导体向工作电极例如垂直伸展 的分支，以改善从工作电极的集流。这些导体分支可紧邻工作电极布置 或置于工作电极之下。
图1-13和图15所示的所有实施例均基于包含以下电池的整体光电 化学系统具有用于两个相邻电池的反电极的共用接触通路，而两个工 作电极沿电池的长边具有两个电连接的接触通路。这种电池构型在所有 实施例中均可镜面翻转，即两个相邻电池共用一个用于工作电极的接触 通路，而两个反电极沿电池的长边具有两个电连接的接触通路。在这些 实施方案中，反电极将布置在附图所示实施方案的工作电极位置处，而 工作电极将布置在附图所示实施方案的反电极位置处。
在使用高导电材料的导体的实施例中，导体由与电极的较长边平行 布置的直导体通路组成。但导体也可例如包括一组分支，以改善从电极 的集流。这些分支可例如从第一组电流通路的导体向工作电极垂直伸展 以改善从工作电极的集流，或从第二组接触通路的导体向反电极垂直伸 展以改善从工作电极的集流。
图16示出包括由间隙41隔开、以细长电池ll卜.ll2n的行44布置
的多个电池的整体光电化学系统。在该实施方案中，第一和第二组接触 通路5、 7包括
-沿所述行44延伸的第一基底43和与所述第一基底43相连的第 一组延伸45;所述第一组延伸45包括在所述行44中的第一电池lh之 前并与之并排延伸的第一延伸46、在所述行44中的最后的电池11211之 后并与之并排延伸的最后延伸47以及从第二个间隙开始每隔一个间隙 41延伸进电池之间的第 一组中间延伸48，以便所述第 一基底43与笫一 组延伸45形成梳形图案(III);
-以及沿所述行延伸的第二基底49和第二组中间延伸50,所述第 一和第二基底43、 49位于行44的相对侧，所述第二组中间延伸50与 所述第二基底49相连并从第一个间隙开始每隔一个间隙延伸进电池之
间，以便所述第二基底与第二组延伸形成梳形图案(n)。各中间延伸48、 50与相邻的两个电池电连接。第一基底和第一组 延伸形成第一或第二组接触通路之一的一部分，而第二基底和第二组延 伸形成另一组接触通路的一部分。也就是说，根据一个实施方案，第一 基底43及其延伸形成第一组接触通路的一部分，即工作电极，而第二 基底49及其延伸形成第二组接触通路的一部分，即反电极。在另一个 替代实施方案中，第 一基底43及其延伸形成第二组接触通路的一部分， 即反电极，而第二基底49及其延伸形成第一组接触通路的一部分，即 工作电极。
光电化学电池的行如此布置，使得行中所含的所有电池并联连接至 第一和第二端子。
行中的各个电池形状细长(优选矩形)并以较长边彼此相向的方式并 排布置。由于电子输运过程中在承载工作电极的中间层的欧姆薄层电阻 和反电极的欧姆薄层电阻中发生能量损失，故电池的宽度受限。承载区 域和接触部分因此通过导体与端子连接，所述导体延伸进电极间的间隙 中。随着电池的长度增大，延伸48、 50的尺寸必须增大，以确保保持 低损失。因此，电池间的间隙所需的宽度随电池长度的增大而增大。为 提供基体上可能的最大有效面积，已表明将电池成形为宽5-10mm、长 30-200mm是合适的。
预期可在共同基体上制造多个如上所述的电池行，其中为了使器件 的操作稳定性最大化各行并联连接，或者为了使器件能产生更高的输出 电压各行串联连接。
在第一实施例中，行宽15cm，包括14个并联连接的电池。在第二 实施例中，行宽60cm，包括72个电池。第二实施例也可由四个15cm 的串联连接的行组成，以提高器件的输出电压。因此，每行并联连接的 电池的数量优选在14-72个电池范围内。通常，并联连接电池的多个行 可布置于共同基体上。所述行可并排布置，即各行中的电池在长度方向 上彼此面对，或所述行可布置于彼此的上方或下方，而使各行中的电池 在宽度方向上彼此面对。在最后的实施例中，两个相邻的行可共用共同 的基底。电池行可串联或并联连接。
本发明也涉及密封式整体电化学系统的制造方法，其中进行如下步级.
a) 在基体2上形成导电图案3，所述图案包括承栽区域4和连接所 述承载区域4与第 一端子6的第 一组接触通路5以及第二组接触通路7 ， 所述第二组接触通路7从第二端子8向所述承栽区域4延伸并在承载区 域4与所述第二组接触通路7的接触部分10之间留下间隙9，
b) 用半导体材料至少部分覆盖各个承载区域以形成工作电极，
c) 用意在各工作电极之间形成绝缘层的绝缘材料覆盖所述意在形 成工作电极的半导体材料，
d) 用意在形成反电极的导电材料覆盖所述绝缘材料。所述方法的 特征尤其在于通过在半导体材料已沉积到基体上之后在第一烧结工艺 中烧结所述半导体材料形成工作电极，通过在所述笫一烧结工艺之后的 第二烧结工艺中烧结形成反电极，并且第二烧结工艺的温度低于第一烧 结工艺的温度。当生产单个电池布置于基体上的电化学系统、多个电池 串联布置于共同基体上的电化学系统以及多个电池并联布置于共同基 体上的电化学系统时，可使用上述方法。
在基体2上形成导电图案3的步骤a)可通过以下步骤进行结构化 布置于基体上的导电材料的中间层，以形成承载区域4、连接所述承载 区域4与第一端子6的第一组接触通路5和第二组接触通路7，所述第 二组接触通路7从第二端子8向所述承载区域4延伸并在承载区域4与 所述第二组接触通路7的接触部分10之间留下间隙9。在另 一实施方案 中，步骤a)包括施加导体，在不同实施方案中，所述导体可与或可不与 电极直接接触。可组合使用导体施加和中间层结构化。导体可施加在中 间层的上部或下部。
在本发明的一个特别优选的实施方案中，形成反电极的步骤d)包括 第一步骤dl)施加布置用以粘附反电极至接触部分上的接触材料；和第 二步骤d2)施加导电材料以形成反电极的其余部分。
实施例
制造并联连接的整体光电化学模块的典型工艺步骤1. 清洗导电基体
2. 形成基体导电层的电流通路(例如激光结构化)
3. 施加Ti02层(例如丝网印刷)
4. 于450"C下烧结
5. 施加隔离层(例如丝网印刷，然后干燥)
6. 施加碳粘合层(例如丝网印刷，然后干燥)
7. 施加碳反电极层(例如丝网印刷，然后干燥)
8. 施加银集电器(例如丝网印刷)
9. 于3卯1C下烧结
10. 施加染料
11. 施加电解质
12. 封装(例如真空/热层合) 备注
*许多其他变化方案也是可行的，例如步骤8也可例如在步骤2、 步骤3、或步骤4之后进行，和/或步骤5可在步骤3之后进行。
* 一个或多个不同的层可通过丝网印刷之外的方法例如喷墨印刷 施加。
*两个烧结步骤可合并为一个(步骤9)。但两个烧结步骤产生的器 件性能更佳。
*两个碳层可合并为一个。
*可使用非玻璃的导电基体例如聚合物。但这将要求较低的烧结温 度。
*其他封装方法可能要求不同的工艺步骤，例如使用所谓的玻璃作为密封材料。
图17-20中对单个电池以及串联和并联布置的多个电池进行不同的 试验，表明并联布置电池的发明构思提供更高效且更不易于衰减的电化 学系统。
图17示出三个差不多相同的电池单独、串联连接(对于各电流值， 电压相加)和并联连接(对于各电压值，电流相加)的电流-电压特性。
图18示出对于与图17中相同的电池和串联/并联连接来说作为电压 函数的功率。对于串联和并联连接的模块，最大效果相同。
图19示出当一个电池(2307)被部分置于暗处以表现出不及其相邻电 池的性能(例如以模仿电池被部分遮蔽或由于其他原因而性能欠佳的情 形)时与图17中相同的曲线。请注意，"被遮蔽"电池的开路电压保持与 其他电池差不多相同。
图20示出对于与图19中相同的电池和串联/并联连接来说作为电压 函数的功率。由于"被遮蔽，，电池的开路电压与其他电池相比保持基本 未改变的事实，故对于并联连接的模块来说最大效果要高得多。
整体电极已丝网印刷于激光结构化的TCO玻璃板(来自Hartford Glass的TEC 15Q/平方)上。印刷电极前，仔细清洗玻璃板。印刷1102层 后，将电极于450X:下烧结一小时，以除去骨体中的有机添加剂并使颗粒 熔合。随后按下列顺序印刷其余的层银、隔离器、碳l(粘合层)、碳2(反 电极)。印刷各个层后将其于125"C下快速千燥。在最后一个印刷步骤之后， 将玻璃板置于钬架中并于390X:下烧结。随后将包含电极的钛架浸入染料 顺-二(氰硫基)-双(4,4，-二^J^-2，2，-联吡咬)Ru(II)的溶液(溶解在乙腈/叔丁 醇(50/50体积)中，浓度为0.3mM)中。将电极留在染料溶液中、用乙腈沖 洗并真空干燥。人工施加电解质溶液到电极上。此后，按照先前在 WO01/97237中描述的工序，用热塑性材料Surlyn⑧作为密封剂在真空/热 工艺中封装所述模块。
权利要求
1. 一种密封式整体光电化学系统(1)，所述系统包括电绝缘基体(2)、导电图案(3)，所述导电图案(3)包括布置以支承工作电极(12)的承载区域(4)、与反电极(14)相连的接触部分(10)、连接所述承载区域(4)与第一端子(6)的第一组接触通路(5)和连接所述接触部分(10)与第二端子(8)的第二组接触通路(7)，所述系统还包括布置于所述基体(2)上的多孔结构阵列(111-112n)、至少部分填充所述多孔结构(111-112n)以形成多个电化学电池的电解质以及覆盖所述多孔结构阵列(111-112n)的封装，其中各多孔结构(11)包括工作电极(12)、绝缘层(13)和反电极(14)，其特征在于所述第一和第二组接触通路(5、7)并联连接所述多个电化学电池。
2. 根据权利要求1的密封式整体光电化学系统，其特征在于所述承载成。
3. 根据权利要求2的密封式整体光电化学系统，其特征在于所述中间 层(24)由适合暴露于所述电解质的第 一材料形成，并且所述第 一和第二 组接触通路(5、 7)包括电阻率比所述第一材料低的高导电材料的导体 (26)。
4. 根据权利要求3的密封式整体光电化学系统，其特征在于所述第一 材料为掺杂的Sn02且所述高导电材料为银。
5. 根据权利要求1-4中任一项的密封式整体光电化学系统，其特征在 于所述多个电池由通过间隙(41)隔开的细长电池行(44)组成，所述第一 和第二组接触通路(5、 7)包括-沿所述行(44)延伸的第一基底(43)和与所述第一基底(43)相连的第一 组延伸(45)，所述第 一组延伸(45)包括与所述行中的第 一电池(lh)并排 延伸的笫 一延伸(46)、与所述行(44)中的最后的电池(11211)并排延伸的最 后延伸(47)以及从第二个间隙(41)开始每隔 一 个间隙(41)延伸进电池 (11rll2n)之间的第 一组中间延伸(48)，以便所述第 一基底(43)与第 一组延 伸(45)形成梳形图案(111);-以及沿所述行(44)延伸的第二基底(49)和第二组中间延伸(50)，所述第 一和第二基底(43、 49)位于行(44)的相对侧，所述第二组中间延伸(50) 与所述笫二基底(49)相连并从第一个间隙(41)开始每隔一个间隙(41)延 伸进电池(lli-ll2n)之间，以便所述第二基底(49)与第二组延伸(50)形成梳形图案(n);其中各中间延伸(48、 50)与相邻的两个电池(ll^lln)相连， 其中第 一基底(43)和第一组延伸(45)形成第 一或第二组接触通路(5、 7) 之一的一部分，而第二基底(49)和第二组延伸(50)形成另一组接触通路 (5、 7)的一部分。
6. 根据权利要求5的密封式整体光电化学系统，其特征在于所述电池 (11rll2n)的行(44)包括偶数个电池。
7. 根据前述权利要求中任一项的密封式整体光电化学系统，其特征在 于所述电池(llrll2n)为矩形，宽约5-10mm，长约30-200mm。
8. 根据前述权利要求中任一项的密封式整体电化学系统，其中所述反 电极(14)具有第一端部(17)，所述第一端部(17)向下延伸至所述第二组接 触通路(7)的所述接触部分(10)并与之接触，以便反电极(14)与所述第二 组接触通路电接触，其特征在于所述端部(17)包括具有与反电极(14)的 其余部分不同的组成物的接触层(18)。
9. 根据权利要求8的密封式整体电化学系统，其特征在于所述不同组 成物对所述接触部分(10)的粘附比所述反电极的其余部分强。
10. 根据权利要求9的密封式整体电化学系统，其特征在于所述不同组 成物由与所述反电极的主要部分比例不同的石墨和碳黑构成。
11. 一种制造根据权利要求l的密封式整体电化学系统的方法，其中进 行如下工艺步骤a) 在基体(2)上形成导电图案，所述图案包括承载区域(4)，b) 用半导体材料至少部分覆盖各个承载区域(4)以形成工作电极(12)，c) 用意于在各工作电极和反电极(14)之间形成绝缘层(13)的绝缘材料覆 盖所述意在形成所述工作电极(12)的半导体材料，d) 用意在形成所述反电极(14)的导电材料至少部分覆盖所述绝缘材料， 所述反电极(14)与接触部分(10)相连，所述方法的特征在于所述工作电 极(12)通过已在基体(2)上沉积半导体材料之后在第一烧结工艺中烧结 所述半导体材料形成，所述反电极(14)通过在所述第一烧结工艺之后的 第二烧结工艺中烧结形成，并且所述第二烧结工艺的温度低于所述第一烧结工艺的温度。
12. 根据权利要求11的方法，其特征在于所述第一烧结工艺的温度在420-600 x:之间。
13. 根据权利要求11或12的方法，其特征在于所述第二烧结工艺的温 度低于400"C。
14. 根据权利要求ll、 12或13的方法，其特征在于所述工作电极(12) 由TK)2多孔层构成。
15. 根据权利要求11-14中任一项的方法，其特征在于所述反电极(14) 由碳的多孔层构成。
16. 根据权利要求11-15中任一项的方法，其特征在于形成所述反电极 (14)的步骤d)包括第一步骤dl)施加布置用以粘附所述反电极(14)于接 触部分(10)上的接触材料(18)，和第二步骤d2)施加导电材料以形成所述 反电极(14)的其余部分。
17. —种制造根据权利要求l的密封式整体电化学系统的方法，其中进 行如下步骤a) 在基体(2)上形成导电图案，所述图案包括承载区域(4)，b) 用半导体材料至少部分覆盖各个承载区域(4)以形成工作电极(12)，c) 用意在于各工作电极和反电极(14)之间形成绝缘层(13)的绝缘材料覆 盖所述意在形成所述工作电极(12)的半导体材料，d) 用意在形成反电极(14)的导电材料至少部分覆盖所述绝缘材料，所述 反电极(14)与接触部分(10)相连，所述方法的特征在于形成反电极(14) 的步骤d)包括第一步骤dl)施加布置用以粘附所述反电极(14)于接触部 分(10)上的接触材料(18)，和第二步骤d2)施加导电材料以形成所述反电 极(14)的其余部分。
18. —种密封式整体光电化学系统，所述系统包括电绝缘基体、包含布 置用以支承工作电极的承载区域的导电图案，所述系统还包括布置于所 述基体上的多孔结构阵列、至少部分填充所述多孔结构以形成多个电化 学电池的电解质以及覆盖所述多孔结构阵列的封装，其中各多孔结构包 括工作电极、绝缘层和反电极，其中对于承载分别形成电池的多个多孔 结构的基体，被工作电极覆盖的有效面积占所述基体总面积75%以上。
全文摘要
本发明涉及一种密封式整体光电化学系统(1)，所述系统包括电绝缘基体(2)、导电图案(3)，所述导电图案(3)包括布置以支承工作电极(12)的承载区域(4)、与反电极(14)相连的接触部分(10)、连接所述承载区域(4)与第一端子(6)的第一组接触通路(5)和连接所述接触部分(10)与第二端子(8)的第二组接触通路(7)，所述系统还包括布置于所述基体(2)上的多孔结构阵列(11<sub>1</sub>-11<sub>2n</sub>)、至少部分填充所述多孔结构(11<sub>1</sub>-11<sub>2n</sub>)以形成多个电化学电池的电解质以及覆盖所述多孔结构阵列(11<sub>1</sub>-11<sub>2n</sub>)的封装，其中各多孔结构(11)包括工作电极(12)、绝缘层(13)和反电极(14)，以及一种密封式整体电化学系统的制造方法。
文档编号H01G9/20GK101421805SQ200780010783
公开日2009年4月29日 申请日期2007年3月27日 优先权日2006年3月27日
发明者亨里克·彼得松 申请人:Ivf工业研究和发展公司