专利名称：用于制造薄层电池组的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制造薄层电池组的方法、用于制造薄层电池组的载体结构用的电池组和储能器。
背景技术：
锂离子蓄电池与其他可再充电电池组相比具有显著更高的功率密度。借助于半导体方法以薄层技术制造电池组，如例如在Bates等人的Rechargeable solid state lithium ion batteries (Proc. IEEE MEMS Conf.，1993)中所述的那样，但是具有少量的功率。在所谓3D电池组的情况下，在结构化衬底上方折叠薄层电池组的有效面，如在 Long^AWThree-Dimensional Battery Architectures (Chem. Rev. 104, 2004) ^ljf 述的那样。因此在相同的衬底基面的情况下存储容量的几倍、例如40倍并且此外更快地接纳所存储的电荷并放出。因此也提供较高的功率。薄层电池组可以使用或者平面的或者配备有结构的不导电的衬底，例如具有钝化部(Passiverung)W Si结构，通过对Si开槽 (Trenchen)和接着绝缘和钝化、例如热氧化来制造。如此借助于衬底在电池组层中所产生的这种表面放大、所谓的3D电池组导致容量升高。在必要时具有绝缘层的衬底上接着典型地施加集流器材料(例如Pt)、阴极层(例如Li-Co02)、电解质(例如Li聚合物)和其他电极 (例如石墨、Al)。
发明内容
以此为背景利用本发明介绍用于制造薄层电池组、此外用于制造薄层电池组的载体结构用的电池组和储能器。从相应的从属权利要求和接着的说明中得出有利的扩展方案。本发明基于以下认识薄层电池组的容量通过在薄层电池组内不同的电池的并联或串联可以被提高。因此同时可以明显减少用于薄层电池组的每容量制造成本。本发明的核心在此是使用电极和电池组材料的多个覆层(Lage)来借助于用于优选地原处通过位置分辨地沉积或剥蚀制造电池组的不同方法来实现薄层电池组内的单个电池。本发明的另一核心是表面放大，所述表面放大不仅仅在载体材料中、而是附加地或仅仅在电极材料中实现。另外，尤其可以使用在表面处或也连贯多孔的、但是导电的金属层、例如所谓的钼绵或钼黑、但是同样也可以使用例如通过电解方法粗糙化的铝层。也可以使用同样具有非常高的特定表面的纳米线或纳米管作为电极材料。本发明的另一核心是在电极材料上或围绕所述电极材料使用连贯的或结构化的绝缘层，利用所述电极材料在建立电池组时可以实现大的能量密度和灵活性。薄层电池组一般由衬底(诸如硅，必要时具有用于表面放大作为所谓的3D电池组的结构化)、绝缘层(如果衬底是导电的)、集流器材料(例如Pt)、阴极层(例如LiCo02)、电解质(例如Li聚合物)和其他电极(例如石墨或铝)。薄层电池组的存储容量的提高例如通过不同的电池组覆层串联是可能的。这可以非常简单地实现，必须仅仅上下重叠地沉积多个电池组。但是在此情况下，容量升高通过随着层数快速升高的总电压来实现，所述总电压将可用材料快速带至其极限并且从而不是任意可定标的(skalierbar)。上下重叠地放置的电池的并联要求耗费的接触，其中对于所述接触，适当的制造方法是必要的，如在本发明中所述的那样。本发明实现一种用于制造薄层电池组的方法，所述方法具有以下步骤提供载体结构；将第一电极材料的第一无掩蔽的流施加到载体结构上，以便在载体结构上构造第一电极层；将电池组材料的第二无掩蔽的流施加到载体结构上，以便在第一电极层上构造电池组层；将第二电极材料的第三无掩蔽的流施加到载体结构上，以便在电池组层上构造第二电极层；和重复施加步骤，以便制造由多个第一电极层、多个电池组层和多个第二电极层组成的薄层电池组。借助于本发明方法实现电极层和电池组层的堆叠构造。相邻的层可以以其主面毗邻、也即例如堆叠状地上下重叠放置。各个层可以相继地和交替地彼此如此被施加到载体结构上或已经位于载体结构上的层上，使得多数单个电池组电池产生，所述电池组电池又可以被连接在一起，以便实现由多个单个电池组电池组成的薄层电池组。电极层由导电材料组成。电池组层具有电解质。在两个不同的电极层之间分别施加电池组层，以便形成电池组电池。电极层可以被用于接触电池组电池。载体结构可以是形成基础的衬底，其中其他层可以被施加在所述基础上。可以借助于适当的方法、例如沉积方法进行施加。无掩蔽地(unmaskiert)施加可以意味着，要施加的材料非结构化地冲击载体结构。非结构化地(unstrukturiert)这里意味着，不使用掩模和尤其也不使用临时掩模来在冲击 (Auftreffen)载体结构之前对要施加的材料的流结构化，以对所述流在其平面膨胀方面进行限制。根据一种实施形式，如此实施施加步骤的顺序，使得在第一电极层上构造至少一个电池组层和在第二电极层上构造至少一个其他电极层。如果相继要施加的电池组层交替地被施加到第一电极层和第二电极层上，则电池组层分别位于两个相邻的电极层之间。因此可以放弃电绝缘，所述电绝缘否则在相邻的电极层之间是需要的。但是如果绝缘层是需要的，则可以在施加第四无掩蔽的材料流的步骤中将绝缘材料施加到载体结构上。通过这种方式例如可以在第一电极层之一上或在第二电极层之一上构造绝缘层。借助于绝缘层可以在直接相邻的第一和第二电极层之间实现电绝缘。可以如此进行第一和/或第二电极材料的施加，使得第一和/或第二电极层具有多孔结构。多孔结构可以通过相应电极材料的特殊特性或通过特殊施加方法来得出。多孔结构可以引起相应电极层的表面放大。这简化构造并从而也简化用于薄层电池组的制造成本。同时提高封装密度和存储容量。根据一种实施形式，本发明方法可以包括暴露第一电极层的末端区域和/或第二电极层的末端区域的步骤。在接触的步骤中，可以使第一电极层的末端区域和/或第二电极层的末端区域彼此接触。末端区域可以位于相应层的窄侧。第一电极层的相应末端区域可以与第二电极层的相应末端区域相对地布置。通过暴露可以去除围绕末端区域的材料。 例如可以去除相邻电池组层或分别其他电极层的末端区域。例如可以借助于化学或物理蚀
5刻方法、等离子方法或电化学处理来实现暴露。可以进行接触，其方式是，使暴露的末端区域导电连接。在原处(in situ)制造方法中执行电极层的末端区域的接触，使得可以取消薄层电池组的重新对准的步骤。根据该实施形式，在非结构化地沉积形成所述层的材料之后接着选择性地暴露电极。根据另一实施形式，载体结构可以具有带有第一电池组和与第一电池组相对布置的第二电池组的基面。可以倾斜地越过第一电池组向基面施加第一无掩蔽的材料流。可以倾斜地越过第二电池组向基面施加第三无掩蔽的材料流。电池组可以从基面凸出并且形成壁。例如，电池组可以被构造为塔楼。电池组固定地与载体结构相连接。可替代地，载体结构可以具有例如凹地形式的凹陷。基面于是可以构成凹地底部和电池组构成壁。如此进行层的施加，使得薄层电池组的层构造在第一和第二电池组之间的中间空间中实现。通过电极材料分别倾斜地被施加，电池组形成电极材料的阴影掩模(Schattenmasken)，所述电极材料分别从背离电池组之间的中间空间的侧被施加。通过这种方式可以实现电极层的结构化，而不需要掩模，其中如果相应另一电极层被施加，则所述掩模例如必须分别被变换。用于结构化电极材料和通过电极材料形成的层的掩模通过电池组、也即通过载体材料的结构来实现，其中薄层电池组在所述载体材料上被建立。在相应的材料流与载体结构或者是载体结构的一部分的电池组接触之后，通过电池组的遮蔽效应(Abschattungseffekt)，所述相应的材料流被掩蔽。此外，在施加电极材料时附加地分别在电池组的壁区域处构造接触层，所述接触层可以分别被用于彼此接触相同的电极层。可以垂直地向载体结构进行第二无掩蔽的流的施加。因此，可以如此将电池组材料施加在电池组之间的中间空间中，使得电池组不形成电池组材料的流的阴影掩模。因此， 电池组层可以在位于电池组之间的整个面上延伸。本发明另外还实现用于制造薄层电池组的载体结构用的电池组，具有以下特征 第一分电池组和第二分电池组，其布置在载体结构的基面上并且通过中间空间相互分开； 导电的第一接触层，其在第一分电池组的与基面相对的侧上被构造，和导电的第二接触层， 其在第二分电池组的与基面相对的侧上被构造；绝缘保护层，其布置在第一和第二接触面上并且跨越(Uberspannen)中间空间。载体结构可以具有多个电池组，所述电池组彼此相邻地被布置。在两个相邻的电池组之间分别存在中间空间，在所述中间空间中分别可以施加薄层电池组的层。为此根据一种实施形式可以实施用于制造薄层电池组的本发明方法，其中电极材料倾斜地越过电池组被施加，使得所述电池组形成电极材料的阴影掩模。中间空间可以构成在分电池组之间的电绝缘区域。接触层可以被设置用于后来接触联系薄层电池组。绝缘保护层使在薄层电池组的制造方法期间被施加在电池组上的不需要的层的去除变得容易。根据本发明电池组的一种实施形式，第一分电池组沿着侧面可以具有凹处。 在凹处中可以布置通过开口通到基面中的电接触联系部。借助于这样的接触联系部 (Ankontaktierimg)可以从背侧接触联系薄层电池组。本发明此外实现一种储能器，具有以下特征第一电极，其由金属构造并且具有多孔的表面结构；第二电极；和电池组层，其布置在第一和第二电极之间和与第一电极的多孔的表面结构相连接。所述储能器例如可以被构造为薄层电池组。借助于多孔的表面结构可以提高储能器的能量密度。第一电极例如可以由钼或铝构造。
下面根据附图示范性地进一步阐述本发明。图1示出根据本发明的一个实施例的薄层电池组； 图2示出根据本发明的另一实施例的薄层电池组；
图3示出根据本发明的一个实施例用于制造薄层电池组的方法的流程图； 图如至如示出根据本发明的一个实施例在不同制造阶段中的薄层电池组； 图5示出根据本发明的另一实施例用于制造薄层电池组的方法的流程图； 图6示出根据本发明的一个实施例在制造期间的薄层电池组； 图7示出根据本发明的一个实施例用于制造薄层电池组的电池组； 图8示出根据本发明的另一实施例的薄层电池组；和图9示出根据本发明的另一实施例的薄层电池组。
具体实施例方式在本发明的优选实施例的下面描述中，对于在不同图中所示的和类似起作用的元件使用相同的或类似的附图标记，其中放弃对所述元件的重复描述。图1示出根据本发明的一个实施例的通过具有并联的薄层电池组电池的薄层电池组的横截面。薄层电池组具有三个单个电池组电池，其上下重叠地以堆叠的方式布置在载体结构102上。单个电池组电池中的每一个均具有第一电极层104、电池组层106和第二电极层108。相邻的电极层104、108分别通过绝缘层相互分开。载体结构102构成基面。 单个电池组电池的层104、106、108平行于基面被对准。单个电池组电池的层104、106、108 分别直接相互邻接。所述三个单个电池组电池串联。为此三个单个电池组电池的第一电极层104经由第一贯通接触部(Durchkontaktierung) 110彼此电连接。与此相应地，三个单个电池组电池的第二电极层108经由第二贯通接触部112彼此电连接。三个单个电池组电池的电池组层106具有相同大的面积并且互相对准。在朝向载体结构102的侧上，电池组层106完全由分别邻接的第一电极层104覆盖。在背离载体结构102的侧上，电池组层106完全由分别邻接的第二电极层108覆盖。第一电极层104在第一贯通接触部110的方向上延伸超出电池组层106。第一贯通接触部110分别在第一电极层104的突出电池组层106的末端段处连接第一电极层104。以相应的方式，第二电极层108在第二贯通接触部112的方向上延伸超出电池组层106。第二贯通接触部112分别在第二电极层108的突出电池组层106的末端段处连接第二电极层108。贯通接触部110、 112相对于载体结构102垂直并且布置在薄层电池组的层堆叠的相对侧上。载体结构102可以被构造为载体衬底。第一电极层104构成第一电池组电极，和第二电极层108构成第二电池组电极。在薄层电池组在第一贯通接触部110周围的段中存在仅具有第一电极104和第一贯通接触部110的区域。在薄层电池组在第二贯通接触部112 周围的段中存在仅具有第二电极108和第二贯通接触部112的区域。在层104、106、108以及贯通接触部110、112之间的中间空间具有钝化部或绝缘材料。在与载体衬底102相对的侧上，可以给薄层电池组的表面涂上上面的绝缘部。贯通接触部110、112可以通过上面的绝缘部伸展，使得薄层电池组可以经由贯通接触部110、112被接触。贯通接触部110、112 可以一贯通到载体衬底102中或者仅伸展直至与载体衬底102最近的电极层104、108。所示的薄层电池组也可以具有比三个所示的单个电池组电池多或少的单个电池组电池。图1示出具有三个并联的单个电池组电池的薄层电池组的示范性构造。所述电池通过绝缘层彼此分开。在所示的构造中，所述单个电池经由贯通接触部110、112相互连接。贯通接触部110、112可以同时在电池组装置的上侧形成接触，但是也，如第二贯通接触部112那样，仅仅或者也接触载体衬底102。使用绝缘层是有利的，所述绝缘层被形成或沉积在电极覆层104、108的表面上。图2示出根据本发明的另一实施例通过具有并联的薄层电池组电池的薄层电池组的横截面。薄层电池组具有五个单个电池组电池，所述单个电池组电池上下重叠地以堆叠的方式布置在载体结构102上。对应于根据图1所述的实施例，单个电池组电池中的每一个均具有第一电极层104、电池组层106和第二电极层108。相邻的单个电池组电池分别共享电极层104、108。与此相应地，相邻的单个电池组电池分别具有相反走向的层结构。电池组层108因此以分别相反的顺序被布置。例如，与载体衬底102最近放置的单个电池组电池在最下面具有第一电极层104，在其上布置电池组层106并且在其上布置第二电极层 106。在上面所布置的单个电池组电池在最下面具有第二电极层106，所述第二电极层同时作为用于位于之下的单个电池组电池的第二电极层106起作用，在其上布置电池组层106 并且在其上布置第一电极层104。通过这种方式，在相邻的电极层104、106之间不需要绝缘层。此外，在载体衬底102和最下面的第一电极层104之间可以布置绝缘层。绝缘层可以被构造为钝化部或者包括绝缘材料。对应于在图1中所示的实施例，可以借助于贯通接触部110、112实现电极层104、106的接触。根据该实施例，第一贯通接触部110布置在薄层电池组的外部边缘。第一贯通接触部110在与层104、106、108相对的外侧不被绝缘部涂上。因此，第一贯通接触部110形成第一电极104的位于外部的连接。在薄层电池组在第二贯通接触部112周围的段中存在仅具有第二电极108和第二贯通接触部112的区域。所示的薄层电池组也可以具有比五个所示的单个电池组电池多或少的单个电池组电池。作为对在图1中所示的实施例的简化，在图2中所示的实施例的情况下，在电池组层106的地点处取消在所分开的电池的各个电极104、108之间的绝缘，并且电池组层106 以分别适当的顺序可以被施加在所有电极104、108之间。图2此外示出从外侧接触电池组的可能性。图3示出根据本发明的一个实施例用于制造薄层电池组的方法的流程图。该方法可以被用于制造在图1和2中所示的薄层电池组。在第一方法步骤302中，提供载体结构。也称为载体衬底的载体结构可以被构成平面表面或具有表面结构。在其他步骤304、306、308中，可以时间上相继地在载体结构上施加各个层，使得各个层上下重叠地放置。各个层在此以非结构化的方式被涂敷。这意味着，分别涂敷各个层所借助的材料流(Materialstrom)不通过掩模被弓I导，而是无掩蔽地冲击载体结构或布置在载体结构上的层。材料流可以分别垂直地冲击载体结构。在步骤304 中可以涂敷第一电极材料，以便构造第一电极层。在步骤306中，可以涂敷电池组材料，以便构造电极层。在步骤308中可以涂敷第二电极材料，以便构造第二电极层。步骤304、306、 308可以以任意顺序被实施和被重复，用以实现例如在图1和2中所示的层构造。在各个所述步骤304、306、308之间可以执行施加绝缘层的步骤。在步骤310中可以暴露和接触在步骤304、308中所构成的电极层的末端段，如根据图如至如进一步所述的那样。
图如至如示出根据本发明的一个实施例在不同的制造阶段中的薄层电池组。尤其示出进行电极层的暴露和接触的方法步骤。图如示出薄层电池组的层结构的横截面表示。层系统可以对应于根据图2所述的薄层电池组。示出载体衬底102，在所述载体衬底102上涂敷第一电极层104、电池组层 106、第二电极层108和然后又涂敷电池组层106、第一电极层104等。在最下面的第一电极层104和载体衬底102之间以及在最上面的第二电极层108上重又可以布置绝缘层。所述层可以借助于根据图3所述的方法步骤被建立。尤其，可以非结构化地沉积所述层104、 106、108。所述层104、106、108至少在边缘处均勻地结束，使得产生直线式边缘区域。载体衬底102可以突出边缘区域。边缘区域可以被切割，使得由例如非结构化的层构造得出所切割的层堆叠，如在图如中所示的那样。图4b示出具有暴露的第一电极104和绝缘层的在图如中所示的层堆叠。第一电极层104的末端区域选择性地被暴露，并且伸出电池组层106和第二电极层108的末端。为了暴露，在图如中所示的直线式边缘区域可以被处理，使得电池组层106和第二电极层108 的末端段被去除。由此产生的空腔可以用绝缘层填充，使得重又得出直线式边缘区域。图如示出具有相连接的第一电极104的在图4b中所示的层堆叠。为此导电的接触层Iio可以被施加到直线式边缘区域并且与第一电极层104的末端导电连接。接触层 110可以被构造为边缘条或贯通接触部。因此，图如至如示意性地示出用于并联的薄层电池组电池的接触110的制造方法。尤其在位于外部的接触联系部110的情况下，绝缘层不必必然地在建立电池组层堆叠期间被沉积，而是也可以通过相应的制造方法(如例如根据图如至4c所示的那样)在需要的位置处被形成。这例如可以通过由激光器切割(图如)层堆叠和/或接着的热、化学或物理蚀刻方法、等离子方法或电化学处理(图4b)来实现。在同时或分别接着形成绝缘层的情况下，通过重复所述方法和必要时改变参数也可以选择性地暴露不同的电极材料用于连接阳极和阴极。在此情况下大的优点是，可以连贯地给大的面涂上薄层电池组层，例如在 Si晶片上。通过相应的切割和接触方法可以同时制造许多单个电池组。也可以仅仅例如利用激光器原处引入适当的绝缘层并且最后可以借助于激光烧结通过不同的电极层104、108和电解质层106进行不同电极类型的接触联系。图5示出根据本发明的另一实施例用于制造薄层电池组的方法的流程图。在此情况下使用载体结构，所述载体结构具有一个或多个刚性连接的阴影掩模，借助于所述阴影掩模可以对电极材料结构化，如根据图6所示的那样。在第一方法步骤502中提供载体结构。也称为载体衬底的载体结构可以具有平面表面或表面结构。在其他步骤504、506、508中可以时间上相继地将各个层施加在载体结构上，使得所述各个层上下重叠地放置。各个层在此可以非结构化地冲击载体结构、载体结构的结构或位于之上的层。这意味着，各个层分别被涂敷所借助的材料流不通过掩模被引导， 而是无掩蔽地冲击载体结构或布置在载体结构上的结构或层。材料流分别可以在不同的方向上冲击载体结构。在步骤504中，可以涂敷第一电极材料，以便构造第一电极层。第一电极材料可以关于载体结构的基面的对准以不同于90°的角度、也即倾斜地、例如以30°至70° 之间的角度被涂敷。在此，第一电极材料通过阴影掩模被结构化，所述阴影掩模由表面或载体结构得出。第一电极材料的适合于阴影掩模的流可以以结构化的形式冲击载体结构的区域，其中在该区域上涂敷薄层电池组的层。在步骤506中可以涂敷电池组层材料，以便构造电池组层。电池组层材料可以垂直地、例如以与载体衬底的基面为90°或几乎90°的角度被施加。在步骤508中可以涂敷第二电极材料，以便构造第二电极层。第二电极材料可以以不同于90°的角度、例如45°被涂敷。在此，第二电极材料可以通过载体结构的另一阴影掩模被结构化。第二电极材料的适合于阴影掩模的流可以以结构化的形式冲击载体结构的区域，在所述区域上涂敷薄层电池组的层。第二电极材料可以从不同于第一电极材料的方向、 例如从相反的方向被施加。步骤504、506、508可以以任意顺序被实施和被重复，以便实现例如在图1和2中所示的层构造。在各个所述步骤504、506、508之间可以执行施加绝缘层的步骤。为此可以垂直于载体衬底的基面施加绝缘材料。在接着的步骤中可以去除所施加的层的不希望的区域，并且可以使所施加的电极层电接触。图6示出根据本发明的一个实施例在例如借助于根据图5所述的制造方法的制造阶段中的薄层电池组的横截面表示。示出载体结构102，其构成基面。在载体结构102上布置第一电池组601和第二电池组603。电池组601、603可以分别被成形为方形的，其中电池组601、603的高度大于宽度。电池组601、603的高度可以大于薄层电池组的层构造的后来的高度。电池组601、603 可以成形结构，所述结构可以是非导电的或配备有电绝缘部。在电池组601、603的与载体结构102相对的表面上可以分别布置导电层605，所述导电层构成可能的后来的接触联系区域。薄层电池组的层104、106、108可以被施加到载体结构102上和尤其是载体结构的布置在电池组601、603之间的区域上。层104、106、108可以以不同的顺序被施加。示出第一电极层104，所述第一电极层104被涂敷在载体结构102的表面上。第一电极层104与第一电池组601邻接，但是与第二电池组603相间隔。因此在第一电极层104和第二电池组603之间存在中间空间。在中间空间中和在第一电极层104上布置电池组层106。电池组层106与第二电池组邻接，但是通过沿第一电池组601的内侧壁走向的第一接触层610 与所述第一电池组分开。第一接触层610与第一电极层104相连接。第二电极层108被涂敷在电池组层106上。第二电极层108与第二电池组603邻接，但是与第一电池组601相间隔。因此在第二电极层106和第一电池组601之间存在中间空间。在中间空间中和在第二电极层108上布置另一电池组层106。另一电池组层106通过第一接触层610与第一电池组601分开并且通过沿着第二电池组603的内侧壁走向的另一接触层612与所述第二电池组分开。第二接触层612与第二电极层106相连接。与此相应地，可以涂敷其他层104、 106U08o对应于布置在电池组601、603之间的层104、106、108的层布置在电池组601、603 的导电层605上。第一电极层104可以被涂敷，其方式是，第一电极材料6Μ在通过箭头所标出的方向上被涂敷到载体结构102上。箭头在此代表无掩蔽的或非结构化的材料流。当将第一电极材料拟4倾斜地从第二电池组603的侧涂敷到载体结构102上的时候，第二电池组603 作为阴影掩模起作用。因此，第一电极材料拟4冲击电池组601、603的导电层605、第一电池组601的内壁区域，以便构造第一接触层610和冲击位于电池组601、603之间的区域，其中第一电极材料6 在此由于通过第二电池组603遮蔽而不一直达到第二电池组603的内
电池组层106可以被涂敷，其方式是，电池组层材料拟6在通过箭头所标出的方向上被涂敷到载体结构102上。当电池组层材料6 恰好从上面被涂敷到载体结构102上的时候，可以到达和填满在电池组601、603之间的整个区域。通过涂敷的方向，仅仅少量的材料6 在涂敷步骤506时被沉积在位于侧壁处的接触层610和612上。由此利用附加施加的材料6M或628的接着的沉积步骤504或508加固接触层610和612。因此电结合 (Anbindimg)的横截面被增大，这尤其在从上接触的电池组的情况下可能是有利的。第二电极层106可以被涂敷，其方式是，第二电极材料6 在通过箭头所标出的方向上被涂敷到载体结构102上。在将第二电极材料拟8倾斜地从第一电池组601的侧涂敷到载体结构102上的时候，第一电池组601作为阴影掩模起作用。因此，第二电极材料628 冲击电池组601、603的导电层605、第二电池组603的内壁区域，以便构造第二接触层612 和冲击位于电池组601、603之间的区域，其中第二电极材料拟8在此由于通过第一电池组 601遮蔽不一直达到第一电池组601的内壁。通过第一电池组601的阴影投射，限制第二电极层108在第一电池组601的方向上的纵向膨胀。因此第二电极层108与第一接触层610 相间隔。如果在下一方法步骤中施加另一电池组层108，则在第二电极层108和第一接触层 610之间的中间空间可以被电池组层材料6 填满。用于通过不同的沉积方向选择性地沉积并联的薄层电池组电池的在图6中以片段示出的衬底结构可以通过沉积顺序实现，其中首先第一电极材料624、然后电池组层材料 626、然后第二电极材料628、然后又电池组层材料6 和最后再次第一电极材料6 被沉积。在衬底102上可以设置其他电池组，使得邻近电池组601、603的外壁可以通过第一电极材料624、电池组层材料6 和第二电极材料6 构成其他电池组层。通过这种方式可以在一个方法步骤中施加用于多数并列布置的薄层电池组的层。根据图5和6示出根据本发明的一个实施例用于制造具有并行接触的多层电池组的另一方法。在衬底102上存在的相应结构601、603 (例如矩形、多角形和/或圆形凸出的或凹陷的结构)在各向异性涂布方法中被使用，以便能够位置分辨地施加电极层。对此例如物理蒸发方法特别适用。所述结构也可以同时向外例如通过施加UBM层和接着的倒装 (Flip-Chip)装配方法用于后来的接触联系。在图6中在绝缘实施中示出所述结构。但是也可能的是，已经完全或部分导电地设计所述结构用于后来的接触联系，如在图7中所示。 在施加之后必须使电极层104、108在其相互连接的位置分开。特别有利的是也部分地去除衬底102上的结构直至接触联系区域，其中在所述结构上电极层相连接。这可以例如通过抛光或锯开来进行。在所述结构上的接触联系部可以在抛光之后也通过如根据图如至4c 所示的方法来制造，或者在结构上的接触联系区域在其侧又可以具有结构，该结构允许在一位置处或在一接触处选择性地沉积尽可能仅一个电极层，如在图7中所示。另一可能性是，已经在衬底102中例如通过穿过衬底102的贯通接触设置到电极层104、108上的接触联系。可能的例子在图7中示出。图7示出根据本发明的一个实施例用于制造薄层电池组的电池组。更确切地说， 示出两个电池组601、703，其可以通过绝缘区域(例如空腔)分开地彼此相邻地布置在载体衬底102上。在电池组对601、703的两侧可以分别施加薄层电池组的层，其中电池组601、703分别用作阴影掩模，如根据图5和6所述的那样。载体衬底102可以具有用于接触联系电池组电极的结构。在电池组601、703上分别布置导电层605，其能够实现后来的接触联系。导电层605可以完全覆盖电池组601、703的上侧，但是空出电池组601、703之间的中间空间。可选地，导电层605可以越过中间空间导电连接，以便能够实现两个薄层电池组的串联，所述两个薄层电池组可以在电池组对601、703的两侧被制造。绝缘保护层730布置在导电层605上并且跨越所述导电层。绝缘保护层730可以后来与位于绝缘保护层730上的所沉积的层一起被去除。电池组703在侧边缘区域处具有例如沟槽形式的凹处。在凹处中可以布置贯通接触部732。贯通接触部732可以作为通过载体衬底102的贯通接触实现薄层电池组的可替代的接触联系部。在电池组601、703的外部壁区域处分别示出第一电池组电极的第一接触层610和第二电池组电极的第二接触层612，其在制造方法期间已经被沉积。因此图7示出用于选择性接触联系的结构的设计的实施例。以在图6中所述的顺序部分地已经示出电池组和电极层的沉积。图8和9示出根据本发明的另一实施例的薄层电池组，其中电极层的至少之一具有结构化，以便放大至邻接的电池组层的有效接触面。例如，电极层可以是多孔的，使得电池组层材料可以至少部分地渗入到电极层的内部。这样的电极层也可以结合根据图1至7 所述的实施例被使用。也就是说，在图1至7中所示的堆叠构造的电极层具有结构化，如根据图8和9所述的那样。电极材料的结构化或多孔化(Porosifizierung)可以以机械方式(例如通过铸造)、以热的方式(例如通过晶须形成)或者通过如蚀刻的化学方法或如开槽或溅射的物理方法来发生。理想地，可以均勻地施加金属的或部分金属的多相系统，其通过相应的处理被分离并且在此在定义的粗糙本底上形成符合的薄金属覆层。相的析取也是可能的，使得产生多孔的金属层。同样可以以电化学的方式通过火焰喷涂方法或从气相直接沉积多孔的层。在电极金属的相应层构造和层厚的情况下，必要时甚至可以完全取消载体衬底并且电极材料于是可以承担载体的任务和相对于环境影响、例如相对于氧的钝化的任务。图8示出根据本发明的另一实施例的通过薄层电池组的横截面表示。示出具有部分结构化的和/或多孔化的和钝化的电极的3D薄层电池组的实现。例如沟形式的对载体衬底的结构化是可能的，但是未画出。薄层电池组具有载体衬底102、带有电池组层的第一电极104和第二电极108。载体衬底在朝向第一电极104的侧可以具有用于表面放大的结构化。电池组层布置在第一电极104和第二电极108之间。第一电极104具有有大表面的结构化的和/或多孔化的区域 840。区域840引起到电池组层的有效接触面的放大。另外，在第一电极104上示出钝化部842。钝化部842形成在第一电极104的边缘区域的绝缘部。另一钝化部844布置在第二电极108上。另一钝化部844从钝化部842出发在第二电极108的整个表面上延伸，除了开口外。第一电极104的钝化部842具有开口 846，所述开口例如构成用于电接触第一电极104的接合焊盘。对封装和存储密度决定性的另一优点通过在电极材料上施加连贯的或结构化的钝化部来实现。如果例如在铝的情况下钝化部作为集流器材料通过氧化由已经施加的集流器层或电极制造和于是所述钝化部部分地保护表面，则这尤其适用。此外，如果钝化和多孔化完全或部分地在一个方法或方法步骤中被制造，则是有利的。图8示出相应的构造。衬底102上的电极104的钝化部842直接邻近多孔化的区域840并且从而相对于第二电极108防止短路，所述第二电极施加在图8中未画出的电池组层上。所述第二电极108同样被钝化844。通过钝化层842、844中的开口 708为电接触联系部、例如作为接合焊盘产生可用的面。必要时在相应地设计接触时也可以使用倒装方法用于装配电池组。图9示出根据本发明的另一实施例的通过薄层电池组的横截面表示。示出在电极薄膜上的无载体衬底的3D薄层电池组的实现。得出薄的薄膜状构造。对应于图8，在图9中所示的薄层电池组具有带有电池组层的第一电极104和第二电极108。所述一个电池组层或多个电池组层布置在第一电极104和第二电极108之间。 第一电极104具有多孔化的区域840。另外，第一电极104的钝化区域842和在第二电极 108上的另一钝化部844被示出。第一电极104的钝化区域842除了边缘区域或到第二电极104的过渡区域之外也在第一电极104的背离第二电极的侧上延伸。第一电极104的钝化部842具有开口 846。两个电极104、108的钝化部842、844可以如图9中所示的那样分别在相同的位置处被开口。在所述开口处，堆叠构造中的电池组的多个覆层可以直接电连接。同样在所述位置处在电极108和708的适当实施的情况下例如通过线接合或粘接或压力弹簧的其他电接触也是可能的。图8和9的特征的组合同样是可设想的，例如具有表面结构化的聚合物或金属薄膜形式的非常薄的载体衬底的构造，其中附加结构化的和/或多孔化的层作为电极被施加到所述聚合物或金属薄膜上。在电极的强结构化或多孔化时或在多孔的材料的大的层厚的情况下将进行电池组层和第二电极的高度符合的沉积，因为否则可期待短路。尤其如原子层沉积(Atomic Layer Deposition)的方法在这里提供优点。根据本发明的薄层电池组例如可以被用在智能卡、自主传感器网络以及有源RFID 中。所述的和在图中所示的实施例仅示范性地被选择。不同的实施例可以完全或关于各个特征相互被组合。一个实施例也可以通过另一实施例的特征来补充。另外，根据本发明的方法步骤可以被重复以及以不同于所述顺序的顺序被实施。如果实施例包括在第一特征和第二特征之间的“和/或”逻辑连接，则这可以如此被读取，使得该实施例根据一种实施形式不仅具有第一特征而且具有第二特征和根据另一实施形式或者仅具有第一特征或者仅具有第二特征。
权利要求
1.用于制造薄层电池组的方法，所述方法具有以下步骤提供(302 ； 502)载体结构(102)；将第一电极材料(6M)的第一无掩蔽的流施加(304 ；504)到所述载体结构上，以便在所述载体结构上构造第一电极层(104)；将电池组材料(6 )的第二无掩蔽的流施加(306 ；506)到所述载体结构上，以便在所述第一电极层上构造电池组层(106)；将第二电极材料(6 )的第三无掩蔽的流施加(308 ；508)到所述载体结构上，以便在所述电池组层上构造第二电极层(108)；和重复施加步骤，以便制造由多个第一电极层、多个电池组层和多个第二电极层组成的薄层电池组。
2.根据权利要求1所述的方法，其中执行施加(304，306，308；504，506，508)的步骤的顺序，使得在第一电极层(104)上构造至少一个电池组层(106 )和在第二电极层(108 )上构造至少一个其他电池组层(106)。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，具有步骤将绝缘材料的第四无掩蔽的流施加到所述载体结构(102)上，以便在所述第一或所述第二电极层(104，108)上构造绝缘层。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中进行第一和/或第二电极材料(6M，6 ) 的施加(304，308 ；504, 508)，使得所述第一和/或所述第二电极层(104，108)具有多孔的结构(840)。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，具有步骤暴露第一电极层(104)的末端区域和/或第二电极层(108)的末端区域，和具有步骤使第一电极层的末端区域和/或第二电极层的末端区域相互接触(310)。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述载体结构(102)具有带有第一电池组 (601)和与所述第一电池组相对布置的第二电池组(603)的基面，倾斜地越过第一电池组向基面施加(504)第一无掩蔽的流并且倾斜地越过第二电池组向基面施加(508)第三无掩蔽的流。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中垂直地向载体结构施加(506)第二无掩蔽的流。
8.用于制造薄层电池组的载体结构用的电池组，具有以下特征第一分电池组(601)和第二分电池组(703)，其布置在载体结构(102)的基面上并且通过中间空间相互分开；导电的第一接触层(605)，其在第一分电池组的与基面相对的侧被构造，和导电的第二接触层(605)，其在第二分电池组的与基面相对的侧被构造；绝缘保护层(730)，其布置在所述第一和所述第二接触面上并且跨越中间空间。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中第二分电池组(703)沿着侧面具有凹处，其中在所述凹处中布置通过开口通到载体结构(102)的基面中的电接触联系部(732)。
10.储能器，具有以下特征第一电极(104)，其由金属构造并且具有多孔的表面结构(840);第二电极(108)；和电池组层(106)，其布置在所述第一和所述第二电极之间并且与第一电极的多孔的表面结构相连接。
11.根据权利要求10所述的储能器，其中所述第一电极(104)由钼或铝构造。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造薄层电池组的方法，所述方法具有步骤提供载体结构(102)，将第一电极材料的第一无掩蔽的流施加到载体结构上，以便构造第一电极层(104)，施加电池组材料的第二无掩蔽的流，以便构造电池组层(106)，施加第二电极材料的第三无掩蔽的流，以便构造第二电极层(108)。可以重复施加的步骤，以便制造由多个第一电极层(104)、多个电池组层(106)和多个第二电极层(108)组成的薄层电池组。
文档编号H01M10/058GK102263293SQ20111013509
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月24日 优先权日2010年5月25日
发明者克劳斯 A., 博内 L., 托伊舍尔 T., 皮尔克 T. 申请人:罗伯特·博世有限公司