CN100426581C - 固体氧化物燃料电池的单电池、电池平板及固体燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于固体氧化物燃料电池的单电池，包括：衬底，该衬底具有从它的上表面贯穿它的下表面的开口；在该衬底的上表面上该开口的至少一个外部周围形成的绝缘和应力吸收层；在该绝缘和应力吸收层上形成的并且覆盖该开口的下电极层；在该下电极层上形成的固体电解质层；在该电解质层上形成的上电极层；和在该衬底的上表面或者在该衬底的上面和在该开口一部分的上面形成的、并且具有覆盖该开口的框架的框架形图案和横过该开口的横杆形图案中的至少任何一种图案的增强层。

Description

固体氧化物燃料电池的单电池、电池平板及固体燃料电池
本申请是申请日为2001年11月22日、申请号为01805700.4、发明名称为“用于燃料电池和固体氧化物燃料电池的单电池”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及使用固体电解质并通过电化学反应获得电能的固体氧化物燃料电池(SOFC)，更具体地说，涉及具有电极和在电极之间的固体电解质的单电池及其制造方法，以及涉及包括该单电池的固体氧化物燃料电池。
背景技术
近年来，作为能够进行高效率的能量转换以及对全球的环境友好的干净能源，燃料电池已经引起注意。在各种的燃料电池中，固体氧化物燃料电池是使用诸如氧化钇稳定的氧化锆之类的氧化物离子导电的固体电解质作为电解质的燃料电池，并且多孔的电极附加在它的两个表面(背表面和前表面)。固体氧化物燃料电池是以下形式的电池：使用固体电解质作为隔板，诸如氢和碳化氢之类的燃料气体提供给在一个电极侧上的该隔板的一个表面，而空气或者氧气提供给在另一个电极侧的它的另一个表面。一般的，固体氧化物燃料电池在大约1000℃或者更高的高温下工作。
已知固体电解质的导电率是磷酸燃料电池或者熔融碳酸盐燃料电池的电解质导电率的大约十分之一。通常，由于电解质部分的电阻变成电力产生的损耗，所以重要的是通过薄化(thin)固体电解质的薄膜尽可能减少薄膜电阻以便增加电力产生输出强度。然而，由于该电解质部分要求一定程度或者更大的区域，以便保证作为电池的功能，对于固体氧化物燃料电池采用一种电池结构(单电池结构)，其中在具有机械强度的支座上形成固体电解质薄膜。建议下面的结构作为该固体氧化物燃料电池的特定结构。
(1)圆柱型SOFC
圆柱型是使用圆柱状的和多孔的基管(base tube)作为支座，且具有燃料电极层、电解质层以及在其中层叠的空气电极层的电池结构形成在基管的表面上。
有一种圆柱状的交叉条纹型，其中多个单电池结构排列在一个基管中，和一种圆柱状的细条纹型，其中一个单电池形成在一个基管中。在任何类型中，多个圆柱体利用连接器进行电互连以构成一个电池，燃料气体或者空气的任何一种被引入该基管内，而另一种引入该基管外部，由此产生电力。正如在上面描述的，在圆柱型固体氧化物燃料电池中，由于燃料气体和空气之一流入该基管，所以其一个特征是在该燃料气体和空气之间不特别地要求密封。
(2)平坦的平板型SOFC
平坦的平板型基本上具有与磷酸或者熔融碳酸盐燃料电池的结构等效的结构。更具体地说，平坦的平板型具有这种结构，其中隔板平板和平面形的电池平板是交替地粘附的。每个隔板平板具有燃料电极平板，在此形成燃料气体通道和空气电极平板，在此空气电极平板处形成气路，它们附着在连接器平坦的平板的两个表面；并且每个平面形的电池平板具有燃料电极层和层叠在片形的电解质层的两个表面上的空气电极层。
为了使电解质层变薄，建议一种电池结构，其中多孔的燃料电极和空气电极中的任何一个电极层作为一个支座，并且在其上面形成电解质薄膜和另一个电极层。例如，公开一种构成，其中具有15μm厚度的薄膜的电解质层是利用真空滑动铸造方法(第三届国际燃料电池会议会刊，第349页)形成在由1.5毫米厚的Ni金属陶瓷制造的燃料电极层上。
(3)单块型
单块型的结构与平坦的平板型的结构类似。单块型有一种结构，其中具有不形成气体通道的燃料电极层和在连接器平坦的平板的两表面上形成的空气电极层的隔板平板，和具有波板形的(waveplate-shaped)燃料电极层、电解质层以及空气电极层的电池薄膜的三层结构交替地粘附。其特征之一在于该通道是使用电池薄膜的波形形状形成的，并且电解质的面积扩大了，因此电解质薄膜的电阻减少了。
(4)薄膜型
提出一种具有进一步薄化的薄膜厚度的电解质的燃料电池的结构(在此处称为“薄膜型”)，其中在电路板上形成大量的微开口，并且电池平板以及具有在其上面形成的通道的隔板平板交替地层叠，每个电池平板通过在这些微开口上粘附三层薄膜的燃料电极层、电解质层和的空气电极层构成(日本专利公开公报No.H8-64216(1996年出版))。它描述了利用这种结构，使用无细孔的硅(Si)圆片作为支持衬底，并且在它上面形成薄膜，因此可能将该电解质的薄膜厚度设置为大约2μm。特别地，在Si衬底上或者在Si层上形成的定向的氧化铈(CeO2)层上形成由单晶薄膜中的稳定的氧化锆制成的电解质层。
而且，类似地，建议一种电池结构，其中在以氮化硅薄膜绝缘和涂覆的单晶Si衬底上形成微开口，并在这些开口上形成三层薄膜的燃料电极层、电解质层以及空气电极层(Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.496，p155)。
正如在上面描述的，在固体氧化物燃料电池中，重要的是通过薄化固体电解质层来降低电解质层的导电率以便增加功率输出。同时，由于燃料气体和空气具有电解质层作为隔板，所以电解质薄膜的致密度也变得重要。如果在电解质薄膜中有小孔和出现泄漏，即使是很小的泄漏，该燃料气体和空气就直接起反应，导致产生功率输出的损失。
根据这样的观点，在(1)圆柱状型中，制造方法变得重要，其中在多孔的支座衬底上形成紧密的电解质薄膜。在这方面，例如，建议采用电化学蒸汽淀积(EVD)方法，其中在第一步密封该多孔的支座衬底，并在第二步压实和进行淀积。
然而，利用EVD方法获得的电解质的薄膜厚度是几百μm，并且电解质的薄膜电阻高。
同时，希望降低固体氧化物燃料电池的工作温度。理由如下：如果降低了工作温度，则施加到该电池平板和该隔板的连接处以及施加到气体引入管和该燃料电池的连接处的热应力可以降低，可以改进电池的耐用性，并且可以减少启动/停止所需的时间和能量。
平坦的平板型(2)的优点在于，电解质层的厚度可以设置为几十μm。但是，电解质薄膜电阻随工作温度的降低根本上成比例地增加。因此，通常按照上面描述的观点，如果意图使具有1000℃的工作温度的固体氧化物燃料电池工作在600℃至800℃的低温下，则薄膜电阻率增加大约十倍。因此，甚至在上面描述的薄膜薄化也是不充分的。
此外，单块型(3)的优点在于，整个电解质的薄膜电阻可以通过增加电解质层的区域降低。
然而，由于电池薄膜的形状等等是复杂的，所以存在一个问题：形成薄化的电解质的制造成本变得昂贵。而且，在从600℃至800℃温度操作该燃料电池的情况下，还不能说电解质层的薄膜电阻充分地降低了。
此外，薄膜型(4)的优点在于：由于在无孔的衬底上形成的电解质薄膜的平面性是很好的，因此可以形成具有几μm或者更薄的压实薄膜。在日本专利公开公报H8-64216(1996年出版)中公开的电池结构的特征在于：它具有在有大量开口的衬底上整体形成电解质层和电极层的结构，以及通过直接地在Si衬底上形成电解质薄膜而不进行绝缘处理来形成单晶薄膜。
随便说一下，电池的产生功率输出通常根据气体的流动形式或者它的温度分布而变化。特别地，安装在移动的物体，比如汽车上的燃料电池中，与常用的固定型的燃料电池系统比较，常常进行启动/停止，且要求该启动开始前的温度上升时间短。因此，该电池部分还要求具有高热冲击电阻和高热应力电阻。
与此正相反，在日本专利公开公报H8-64216中描述的电池结构中，由于Si衬底和稳定的氧化锆的热膨胀系数彼此相差大约3至6倍，就会因Si衬底和作为电解质的单晶稳定氧化锆薄膜之间的热膨胀系数的差别出现间距或者裂纹。正如上面叙述的，存在热冲击电阻不够的问题。
注意，在薄膜型(4)的电池结构中，由于开口部分发挥电力产生功能，所以单个衬底中开口的总面积越大，产生功率输出强度就越大。因此，大的开口比小的开口更能改进输出强度。而且，具有大开口的电池平板便于控制燃料气体和空气的气体流量。因此，不会引起取决于气体流动偏离的局部温度上升，于是可以制造出不太可能被击穿并且具有稳定的产生功率输出的燃料电池。
然而，根据本发明的发明人研究的结果，由于开口的尺寸取决于电解质层的薄膜强度，所以发现该开口不能设计为无限地大。
而且，当由于薄化电解质层而降低了薄膜电阻时，产生电能的电池反应的速率受电极表面上的氧分子的还原/电离反应的限制，或者受燃料气体原子氧化反应的限制，而不是受电解质层中的氧离子传导的限制。因此，为了增加产生功率输出，要求通过制作多孔电极层来充分地保证电极反应区域。
在具有在其上形成下电极层、电解质层和上电极层三层结构的衬底的薄膜型中，电解质层是在下电极层上形成的。因此，如果形成了具有高多孔性的下电极层以便增加该电极的反应区域，则在它上面形成具有充分细密的薄电解质薄膜就变得困难了。由气体通过该电解质层的泄漏引起的气体的直接反应带来产生功率输出损失的危险。同时，当形成具有高平面性的下电极层时，虽然可能形成好的电解质薄膜，但是有一个问题：由于它的不充分的多孔特性，不能充分地保证下电极的电极反应区域。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于固体氧化物燃料电池的单电池和电池平板，这种单电池的电解质层的薄膜电阻小、可以充分地保证电极反应区域，和常常执行启动/停止使用的可靠性。并提供了一种使用该单电池的固体氧化物燃料电池。
此外，本发明的另一个目的是提供一种用于固体氧化物燃料电池的单电池和电池平板，这种单电池的发挥电力产生功能的衬底开口的区域大、产生功率输出强度高。由于局部加热引起的破坏几乎不出现，所以这种单电池的可靠性高。还提供一种使用该电池平板的固体氧化物燃料电池。
本发明的发明人发现这些目的可以通过采用分层结构等来实现，其中使用特定的衬底和特别的绝缘和应力吸收层并在它上面形成特定的增强层，该绝缘和应力吸收层具有绝缘特性和应力吸收功能。
根据本发明第一方面的用于燃料电池的单电池(以下称为“第一单电池”)包括：衬底，该衬底具有从它的上表面贯穿它的下表面的开口；在该衬底的上表面上该开口的至少一个外部周围形成的绝缘和应力吸收层；在该绝缘和应力吸收层上形成的并且覆盖该开口的下电极层；在该下电极层上形成的固体电解质层；在该电解质层上形成的上电极层；和在该衬底的上表面或者在该衬底的上面和在该开口一部分的上面形成的、并且具有覆盖该开口的框架的框架形图案和横过该开口的横杆形图案中的至少任何一种图案的增强层。
在本发明的第一单电池中，所述开口的面积是S0，在该开口区域中增强层的面积是S22，且该开口的实质上的面积是S0-S22，则满足下列关系：S22/(S0-S22)≤5。
在上述第一单电池中，所述增强层的横杆形图案通过该开口中心的上面。
在上述第一单电池中，所述增强层具有由框架形图案和横杆形图案构成的合成图案，并且该合成图案大约相等地分开该开口。
在上述第一单电池中，所述增强层的厚度是100nm至100μm。
此外，在本发明的第一单电池中，所述增强层可以排列在下列(1)至(5)中的任何位置。
(1)在该衬底与绝缘和应力吸收层之间；
(2)在该绝缘和应力吸收层与该下电极层之间；
(3)在下电极层与该固体电解质层之间；
(4)在该固体电解质层与该上电极层之间；
(5)在该上电极层上。
根据本发明的用于燃料电池的电池平板是通过在共用衬底上二维地排列上述第一单电池形成的。
在上述电池平板中，所述固体电解质层的形成区域、上电极层的形成区域或者下电极层的形成区域可以分成两个或者多个区域。此外，在该电池平板的全部表面上，所述增强层可以分成两个或者多个区域。
本发明的固体燃料电池是通过交替地层叠多个上述第一电池平板和多个平板形隔板而形成的，每个隔板在它的一个表面上具有燃料气体通道并在它的另一个表面上具有含氧气体的通道。
此外，根据本发明还提供了一种用于制造燃料电池的单电池的方法，包括下列步骤(a)至(g)：
(a)在衬底的上表面形成绝缘和应力吸收层；
(b)在该衬底的下表面形成掩膜层，以便在该衬底上形成开口；
(c)使用该掩膜层作为蚀刻掩膜在该衬底上形成该开口；
(d)在该绝缘和应力吸收层上形成固体电解质层；
(e)蚀刻覆盖该衬底开口的一部分绝缘和应力吸收层；
(f)在该固体电解质层上形成上电极层；
(g)形成下电极层；
在本发明的制造单电池的方法中，在任何步骤之前或者之后可以增加形成希望形状的增强层的步骤。
根据本发明的另一种用于燃料电池的单电池是用于具有分层结构的固体氧化物燃料电池的单电池，其中固体电解质层夹在上电极层和下电极层之间。单电池包括衬底，该衬底具有从它的上表面贯穿它的下表面的第一开口，至少在第一开口的外部的周围和在该衬底的上表面的第一开口的一部分区域形成的并且具有比第一开口区域中的第一开口小的第二开口的绝缘和应力吸收层，和在该绝缘和应力吸收层上形成的并且覆盖第二开口的固体电解质层。固体电解质面积比第一开口小。此外，单电池包括在固体电解质层上形成的上电极层和在该固体电解质层的下表面形成的、暴露于该衬底的下表面和第一开口的下电极层。
注意，在上述单电池中，下电极层可以在该衬底的上表面形成，也可在该绝缘和应力吸收层上形成。
此外，在上述单电池中，该绝缘和应力吸收层可以在该衬底的第一开口中具有多个第二开口。
本发明的单电池和电池平板有一种结构，其中在该具有开口的衬底上形成固体电解质层，且绝缘和应力吸收层插入其中并且下电极层接触在该衬底的开口上的固体电解质层。因此，可以实现薄膜电池结构，其中固体电解质层的厚度被薄化到大约几个μm。而且，该绝缘和应力吸收层与该衬底和该电池电绝缘并且吸收该衬底和固体电解质层之间出现的热应力，二者的热膨胀系数彼此是不同的。因此，也防止了燃料电池的温度变化，该温度变化是在该燃料电池启动/停止时产生的，该固体电解质层不会因由固体电解质层和衬底之间热膨胀系数的差别引起的热应力而剥落或者击穿，因此可以提供高可靠的电池。
而且，利用上面的因素，可以提供能够快速启动/停止操作的燃料电池。由于该电池结构更有效地防止温度变化，由于温度变化的原因，用于燃料气体、空气和废气的流量及通过的控制系统、用于燃料气体成分的控制系统和用于该燃料气体潮湿度的控制系统可以被简化。
此外，根据本发明，由于固体电解质层可以在致密的绝缘和应力吸收层上很平滑地形成，故可能形成薄和紧密的固体电解质层。而且，由于下电极层可以从衬底的下表面侧淀积并且在暴露于开口的固体电解质层的下表面上形成，就可以获得具有大电极反应区域的多孔的下电极层。而且，由于下电极层是在该衬底的下表面上形成的，所以下电极层被拉出以便用于电连接。
在本发明单电池以及电池平板中，固体电解质层、上电极层和下电极层的平面图案形成为能够吸收应力的形状，做为选择，在一个电池平板中，它的形成区域适当地分开，因此可能提供有效地防止热应力和高可靠的电池平板。
此外，在本发明单电池和电池平板中，如果在衬底的开口上形成绝缘和应力吸收层的框架形的或者横杆形的图案，可以更有效地抑制应力的出现。此外，如果预先在绝缘和应力吸收层上形成这样的图案，就可能从制造过程的最初阶段加强该固体电解质层。在制造步骤，诸如化学和清洁处理中加给该电池的各种的应力可以减少。因此，这种电池结构很适合于大量生产。
而且，具有增强层的单电池和电池平板可以更有效地避免出现应力，因为该增强层具有框架形和横杆形的图案，它们是在特定的位置形成的。而且，由于可能扩大衬底开口的区域，可以增加在单电池和每单位尺寸的电池平板中产生功率的开口的比率。因此，可以改进产生功率输出强度。
特别地，在固体电解质层和下电极层之间形成增强层的情况下，可能从制造步骤的最初阶段加强固体电解质层，而且在制造步骤，诸如化学和清洁处理中加给该电池的各种负载减少了，因此生产率可以增加。
此外，在固体电解质层和上电极层之间形成增强层的情况下，由于在该固体电解质层形成之后才形成该增强层图案，所以该固体电解质层可以在平面表面上形成。因此，可以获得高可靠的固体电解质层而没有任何步骤差别。而且，也在本例中，可能从制造步骤的相对最初的阶段加强该固体电解质层，并且加给该电池的应力可以减少。
此外，在固体电解质层和上电极层之间形成增强层并且其起上电极层作用或者具有不阻碍该功能的特性的情况下，由于增强层的形成可以防止开口面积的实质上的减少。
此外，在上电极层形成该增强层的情况下，增强是可能的，而且没有减少固体电解质层和上电极层之间的界面区域，该界面区域影响电池的电力产生效率。此外，在这个增强层起上电极层的作用或者不阻碍该作用的情况下，上电极层可以被薄化以便促进燃料气体和空气浸透到反应界面，由此能够改善电力产生特性。此外，在该增强层具有上电极层的功能的情况下，由于该增强层可用作电流路径，因此可以抑制电流路径中的电损耗。
在本发明单电池和电池平板中，如果在下电极层和绝缘及应力吸收层之间形成该增强层，就可能从制造过程的最初阶段加强该固体电解质，从而减少在制造期间给该电池的应力，并且生产率增加。此外，由于该增强层不形成在包括上电极层、固体电解质层和下电极层的三层结构中，因此可能加强该电池而不减少影响电池电力产生效率的界面区域。而且，在本例中，当该增强层具有下电极层的功能或者不阻碍这个功能时，可以防止由于增强层的形成而减少该开口面积。
注意，如果增强层在单电池和电池平板中是形成在绝缘和应力吸收层与固体电解质层之间以致覆盖该开口，则可以增加抵抗热应力的破坏电阻(breakage resistance)，并且也获得了固体电解质层的薄膜强度加强的效果。例如，作为隔板的固体电解质层可以有效地防止由于在上电极层侧流动的燃料气体和空气和在下电极层侧流动的燃料气体和空气中的任何燃料气体和空气之间的流量差引起的压力差而产生的损坏，该燃料气体和空气是由该固体电解质层分开的。
在增强层或绝缘和应力吸收层具有覆盖衬底开口的框架的框架形图案和/或框架形图案的情况下，增强的是在接近该衬底开口的固体电解质层的一部分，在此该应力是趋于集中的，因此对抗该热应力的破坏电阻增加了。
此外，在该衬底的开口通过如上面描述的增强层的横杆形图案分成两个或者多个区域的情况下，对抗热应力的破坏电阻进一步增加。
另外，在本发明的单电池和电池平板中，可以使用硅片作为衬底，因此，使用半导体批量生产工艺可形成缺陷较少的紧密的薄膜，包括固体电解质层、绝缘层、电极层等等。因此，可利用适合于批量生产的过程制造单电池和电池平板。
根据本发明的制造方法，应用正如上面描述的半导体批量生产技术，可以有效地制成所希望的单电池和电池平板，同时吸收热应力。
注意，如果上面描述的增强层的厚度设置为100nm至100μm，则由半导体技术代表的批量生产技术可以更容易地应用。
附图说明
图1A是例子1的电池平板的透视图，而图1B是它的截面图；
图2A至2G是在各个制造步骤中例子1的电池的截面图，而图3A至3G是在各个制造步骤中例子1的电池的平面图；
图4A是隔板的透视图，图4B是具有两个隔板和层叠的例子1的电池平板的燃料电池的透视图，而图4C是具有层叠的如图4B所示的燃料电池的燃料电池的透视图；
图5A至5C是例子2的电池平板的平面图，该电池平板具有各种电解质层图案；
图6是表示例子2的各个电池平板的绝缘和应力吸收层和电解质层的制造条件，以及在各个条件下热处理之后的电解质层的状态；
图7A至7H是在各个制造步骤中例子3的电池的截面图，而图8A至8H是在各个制造步骤中例子3的电池的平面图；
图9是表示例子4的各个电池平板的绝缘和应力吸收层以及电解质层的制造条件和在各个条件下热处理之后的电解质层的状态；
图10A至10G是在各个制造步骤中例子5的电池的截面图，而图11A至11G是在各个制造步骤中例子5的电池的平面图；
图12A是例子6的电池平板的透视图，图12B是它的截面图，而图12C是它的放大截面图；
图13A至13H是在各个制造步骤中例子6的电池的截面图，而图14A至14H是在各个制造步骤中例子6的电池的平面图；
图15A至15H是在各个制造步骤中例子7的电池的截面图，而图16A至16H是在各个制造步骤中例子7的电池的平面图；
图17A至17G是在各个制造步骤中例子8的电池的截面图，图18A至18G是在各个制造步骤中例子8的电池的平面图，而图18EB是它的底视图；
图19A至19H是在各个制造步骤中例子9的电池的截面图，而图20A至20H是在各个制造步骤中例子9的电池的平面图；
图21A至21G是在各个制造步骤中例子10的电池的截面图，而图22A至22G是在各个制造步骤中例子10的电池的平面图；
图23A至23G是在各个制造步骤中例子11的电池的截面图，而图24A至24G是在各个制造步骤中例子11的电池的平面图；
图25A是电池的截面图，表示例子11的修改例子，图25B是它的平面图；
图26至29是电池的底视图，表示各种增强层的框架形和/或横杆形图案的例子；
图30A是例子12的电池平板的透视图，图30B是它的剖面图，而图30C是它的部分地放大的截面图；
图31A至31F是在各个制造步骤中例子12的电池的截面图，而图32A至32F是在各个制造步骤中例子12的电池的平面图；
图33A是例子13的电池平板的透视图，图33B是它的剖面图，而图33C是该剖面的部分放大的视图；
图34A至34F是在各个制造步骤中例子13的电池的截面图，而图35A至35F是在各个制造步骤中例子13的电池的平面图；
图36A和36B分别是在制造过程中和完成时例子14的电池的截面图，而图37A和37B分别是在制造过程中和在完成时例子14的电池的平面图；
图38A和38B分别是在制造过程中和完成时例子15的电池的截面图，图39A和39B分别是在制造过程中和在完成时例子15的电池的平面图；
图40A和40B分别是在制造过程中和完成时例子16的电池的截面图，图41A和41B分别是在制造过程中和完成时例子16的电池的平面图；
图42A至42F是在各个制造步骤中例子17的电池的截面图，而图43A至43F是在各个制造步骤中例子17的电池的平面图；
图44A和44B分别是在制造过程中和完成时例子18的电池的截面图，而图45A和45B分别是在制造过程中和在完成时例子18的电池的平面图。
图46A和46B分别是在制造过程中和完成时例子19的电池的截面图，而图47A和47B分别是在制造过程中和在完成时例子19的电池的平面图；
图48A和48B分别是在制造过程中和完成时例子20的电池的截面图，而图49A和49B分别是在制造过程中和在完成时例子20的电池的平面图。
具体实施方式
下面描述本发明的用于固体氧化物燃料电池的单电池和电池平板的一个实施例。
而且，为了解释方便，每个层，比如衬底和电极层的一个表面被描述为“前表面”和“上表面”，它的另一表面被描述为“后表面”和“下表面”，并且与此相应，电极层被描述为“上电极层”和“下电极层”。但是不用说，这些是等效元件，并且其中互相替代的组成也包括在本发明的范围中。
用于本发明的实施例的燃料电池的单电池大略地分成第一、第二和第三单电池。而且，用于本发明的实施例的燃料电池的电池平板也大略地划分为第一至第三电池平板，相应于各个单电池。
例如，正如图1A和1B所示的，第一单电池包括具有从它的上表面贯穿它的下表面的开口8的衬底1，且至少在这个衬底1的上表面上形成的并且涂覆在该上表面除了开口8之外的区域或者涂覆在该区域和该开口8的一部分上的绝缘和应力吸收层2。并且，在这个绝缘和应力吸收层2的上表面的全部或者一部分，固体电解质层3至少覆盖开口8或者以绝缘和应力吸收层2涂覆的开口的其余部分。上电极层4是在固体电解质层3的上表面的全部或者一部分上形成的，而下电极层5覆盖衬底1的下表面和该固体电解质层3的下表面的全部或者一部分，该下电极层向着开口8暴露(参见例子1至10)。
正如图1A和1B所示的，第一电池平板是其中第一单电池6二维地排列在共用的衬底1上的电池平板。
第一单电池和电池平板包含作为必要的构成部件的具有开口的衬底、绝缘和应力吸收层、下电极层、固体电解质层和上电极层的。但是，对于第一单电池，增强层是可选择的构成部件。
同时，正如图23G和24G所示的，例如第二单电池包括衬底501，其具有从它的上表面贯穿它的下表面的开口508，绝缘和应力吸收层502，其至少在这个衬底501的上表面上形成并且涂覆在除了开口508之外的这个上表面的区域，和开口508的框架形和/或横杆形的增强层503(509)。此外，下电极层506是在绝缘和应力吸收层502的全部或者一部分上形成的并且覆盖开口508(参见例子11)。
第二电池平板是第二单电池二维地排列在共用的衬底501上的电池平板。
对于第二单电池和电池平板，增强层与具有开口的衬底、绝缘和应力吸收层、下电极层、固体电解质层和上电极层一起也是必要的构成部分。
注意，由于该电池平板是通过结合该单电池形成的，它是用于获得高输出燃料电池的实用的产品形式。然而，加给该电池平板的机械应力和热应力比加给该单电池的更大。正如上面描述的，绝缘和应力吸收层以及增强层是用于抑制机械应力和热应力的发生，并且在电池平板中比在单电池中更重要。
而且，第一单电池和第二单电池之间很大的不同是：虽然下电极层是从第一单电池中的衬底的下表面侧形成的，但下电极层是从第二电池中的衬底的上表面侧形成的。
注意，正如图4C所示的，依据这个实施例的固体氧化物燃料电池是交替地层叠第一或者第二电池平板与平板形隔板的固体氧化物燃料电池，每个隔板在它的一个表面上具有燃料气体流动路径和在它的另一个表面上具有氧气流动路径。
在下文中描述这个实施例的第一和第二单电池(第一和第二电池平板)的各个构成部件。
首先，衬底包括在它的上和下表面之间贯穿的开口，并且坚固地保持发挥电力产生功能必需的固体电解质层和上电极层以及下电极层的分层的结构，它们把该固体电解质层夹在中间。该衬底具有促进分层结构的形成与集成的功能，以及具有促进在形成燃料电池中与获得的单电池或者电池平板电连接的功能。注意，作为该电池平板的衬底，使用具有在其中形成的多个开口的衬底。
考虑到上述的功能，最好使用形成的该开口平滑和可处理性优良的衬底。例如，可使用硅片，氧化镁(MgO)衬底，氧化铝衬底，耐热玻璃衬底，包含镍或者铁作为主要成分的金属合金衬底，用SUS等等制造的衬底。
其次，绝缘和应力吸收层是具有绝缘特性和应力吸收(减少)功能(特别是加给固体电解质层的应力)的层。在该衬底的上和下两个表面上可以涂覆绝缘和应力吸收层。但是，绝缘和应力吸收层必须至少在该衬底的表面上形成，在它上面形成固体电解质层。
虽然这个绝缘和应力吸收层可以在该衬底表面的全部或者一部分上涂覆，希望的是在该电池平板的情况下，绝缘和应力吸收层被适当地划分并且涂敷该衬底表面的一部分。这些结构增加了绝缘和应力吸收层的应力吸收效果并且有助于它的电连接。
而且，该绝缘和应力吸收层基本上不完全覆盖衬底的开口，但是，可能以这样的形式形成绝缘和应力吸收层：涂敷该开口的一部分，例如，在该层从该开口的外围部分有点凸出的框架形图案中，在该层跨越该开口的横杆形图案中，在通过组合两者等等形成的横杆加框架形图案中。在本例中，可以进一步改进应力吸收效果。
正如上面描述的，在绝缘和应力吸收层形成框架形状、横杆形或者横杆加框架形的情况下，该开口的最初的面积是S0，绝缘和应力吸收层的占有面积是S，并且该开口的实质上的面积是S0-S，最好满足下列表达式：
S/(S0-S)≤5
当该比率超过5时，电池面积相对于具有在它上面形成的多个电池的电池平板的整个面积减少了，因此带来产生功率输出减少的倾向。注意，在本发明中，上述的比率设置在1/20至5是较好的。
而且，最好是绝缘和应力吸收层的横杆形图案通过该衬底开口的近似中心。此外，理想的是衬底的开口通过这个横杆形图案分成大约相等的开口部分。利用这样的构成，可能平均地分散应力，并且对于该应力的吸收作用可以进一步改进。
绝缘和应力吸收层的厚度可以按照待制成的燃料电池的尺寸和性能、使用的材料类型等等能适当地改变，但是，该厚度最好设置在大约100nm至100μm的范围中。
如果该厚度是100nm或者更大，则完全地发挥吸收应力和绝缘功能的效果。而且，如果厚度是100μm或者更小，则绝缘和应力吸收层的表面粗糙度变得平滑，并且容易地形成紧密的和薄的固体电解质层。而且，也是在制造过程中，由于容易采用类似于半导体制造过程的过程，故该过程被有效简化。
此外，该绝缘和应力吸收层具有改进固体电解质层的粘着性的功能。由于作为平滑度高的紧密的薄膜的固体电解质层形成在绝缘和应力吸收层上，故希望绝缘和应力吸收层本身的平滑度是优良的。而且，在蚀刻衬底以在它上面形成该开口的步骤中，希望绝缘和应力吸收层具有蚀刻电阻，以便保护固体电解质层。
特别地，作为绝缘和应力吸收层，应提及的是材料，主要成分最好包含氧化硅、氮化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)，硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)，氧化铝，二氧化钛，氧化锆，MgO或者它们的任何混合物。
特别是为了抑制由衬底与固体电解质层之间热膨胀系数的差别而产生的热应力，最好绝缘和应力吸收层的热膨胀系数设置为该衬底和电解质层之间的中间值。但是，绝缘和应力吸收层的热膨胀系数不必限制，并且考虑到绝缘和应力吸收层的形状、厚度等等，可以允许是最终发挥应力吸收功能的任何值。
其次，固体电解质层基本上形成在上面描述的绝缘和应力吸收层的全部或者一部分上，以致至少完全覆盖该衬底的开口或者该开口的部分(其余不以横杆形吸收层涂覆的部分)。
至于这个固体电解质层的平面图案，最好使用能够吸收热应力的形状，并且该形状例如可以为正方形、矩形、多角形、圆形等等形状。
该固体电解质层的平面图案取决于衬底和开口的尺寸，以及固体电解质层、电极层、衬底等等的材料与厚度。此外，该平面图案取决于电池平板的使用条件，即燃料电池的操作方式、产生电力输出等等。因此，该固体电解质层可以是完全覆盖在电池平板的共用衬底中形成的多个开口上的宽的连续薄膜，或者例如可以是对于每个开口或者一些开口中的每一个具有分别独立的图案的薄膜。
注意，彼此分开的表面形状和划分规范可以应用到固体电解质层，上电极层，下电极层，绝缘和应力吸收层和稍后描述的增强层。
此外，在第一单电池和第一电池平板中形成固体电解质层的下表面，以致其是与在该衬底上涂覆的绝缘和应力吸收层的上表面大致相同的表面(在相同的平面上)。因此，在除了该开口之外的衬底上面的区域，绝缘和应力吸收层、固体电解质层和上电极层是按顺序分层淀积在该衬底上，并且在该衬底的下表面涂覆下电极层。同时，在该衬底的开口中，电解质层的下表面在与绝缘和应力吸收层的上表面大约相同的平面位置上形成。但是，在该开口中不存在衬底及绝缘和应力吸收层，且构成该电解质层的下表面以接触下电极层的上表面。
注意，在这个实施例中，上电极层和下电极层依附在连续固体电解质层的区域可以被设置作为单电池。因此，该单电池可以形成在该衬底的一个或者多个开口上。
对于如上面描述的固体电解质层，可使用具有氧离子导电性的材料，例如稳定的氧化锆，其中包含氧化钕(Nd2O3)，氧化钐(Sm2O3)，氧化钇(Y2O3)，氧化钆(Gd2O3)等等作为固溶体，也可使用铈(CeO2)基固溶体，氧化铋和LaGaO3基钙钛矿化合物(perovskite type oxide)等等，但是不限于这些材料。
其次，关于上电极层和下电极层，可使用这些材料的任何一种材料作为所谓的燃料电极层，其他的材料可使用作为空气电极层，并且取决于该情况，也可能形成相同材料的两个电极层。
典型地，作为燃料电极材料，可使用镍，镍金属陶瓷，白金等等，而作为空气电极材料，例如可使用诸如La1-xSrxMnO3和La1-xSrxCoO3的钙钛矿化合物。但是，该不限于这些材料。
增强层通过吸收热应力和机械应力实现增强单电池结构和电池平板结构的功能，它们应用到固体电解质层等等中。
在第一单电池和第一电池平板中，增强层是可选择的构成部分并且可以插入在绝缘和应力吸收层与固体电解质之间，固体电解质层与上电极层之间，在上电极层上，或者在衬底与绝缘和应力吸收层之间。
同时，在第二单电池和第二电池平板中，增强层是必要的构成部分并且可以形成在衬底与绝缘和应力吸收层之间，绝缘和应力吸收层与下电极层之间，下电极层与固体电解质层之间，固体电解质层与上电极层之间，或者在上电极层上。
不仅一层而且两层或者更多层增强层可以设置在衬底的开口上或者上面，只要增强层不损害单电池和电池平板的电力产生功能。但是，相应于设置增强层的位置，所要求的特性有点不同。
典型地，如上面描述的增强层在衬底开口的区域上可以具有类似于上面描述的绝缘和应力吸收层的框架形、横杆形或者横杆加框架形图案。因此，应力可以充分地吸收。但是，在增强层具有氧离子导电性和电子导电性的至少一种导电性的情况下，增强层可以设置作为固体电解质层的一部分或者下电极层的一部分。因此，也可以使用完全覆盖该衬底开口的图案。
特别地，在第一单电池和第一电池平板中，在增强层形成在绝缘和应力吸收层与固体电解质层之间的情况下，绝缘和应力吸收层主要发挥电绝缘的功能，吸收固体电解质层的应力的功能和在形成衬底开口的步骤中保护在绝缘和应力吸收层上形成的固体电解质层的功能。而要求增强层具有进一步吸收该应力的功能，改进固体电解质层的粘着性的功能和平滑度。当增强层满足这样的要求时，在形成固体电解质层的步骤中，它发挥形成高平滑度的紧密的薄膜的功能。
在这种情况下，当增强层具有优良的热应力吸收功能并且是用具有电子导电性或者离子导电性的材料制造时，该增强层可以以不直接接触该电极层的图案形成。此外，当增强层具有离子导电率并且不明显地损害电力产生功能，就像不阻碍电解质的功能时，增强层可以在固体电解质层与下电极层之间形成。
其次，应提到的是对应于增强层的位置要求的功能和在这种情况下可用的材料。
首先，在第一单电池和电池平板中，当增强层设置在绝缘和应力吸收层与固体电解质层之间时，要求增强层具有绝缘特性，具有下电极层的功能或者不阻碍它的功能。
特别地，作为具有绝缘特性(绝缘材料)的增强层，可例举氮化硅，磷硅酸盐玻璃，硼磷硅酸盐玻璃，氧化铝，二氧化钛，氧化锆，氧化镁和它们的任何混合物；具有硅，钛，铬，铁，钴，镍，锆，钼，钨，钽或者在其中散布它们的任何混合金属的玻璃(以下缩写为“A组材料”)。同时，作为不阻碍下电极层的功能的增强层，从改进电极功能的观点看，可提到的电极材料，诸如包含主要成分为钛，铬，铁，钴，镍，锆，钼，钨，钽和它们的任何混合金属的金属(以下缩写为“B组材料”)。
此外，当增强层设置在固体电解质层与上电极层之间时，要求增强层不阻碍作为电解质的功能，并具有作为上电极的功能，或者不阻碍它的功能。
特别的，作为不阻碍作为电解质的功能的增强层，从改进电解质功能的观点看，使用的是固体电解质材料，诸如稳定的氧化锆和氧化铈基固溶体，包含硅，钛，铬，铁，钴，镍，锆，钼，钨，钽和它们的任何混合金属(以下缩写为“C组材料”)。同时，作为具有上电极功能的增强层，可使用上述的B组材料。
此外，在上电极层，要求增强层具有作为上电极的功能或者不阻碍它的功能，更具体地说，使用前面的B组材料等。
另外，当增强层设置在衬底与绝缘和应力吸收层之间时，要求增强层具有绝缘特性，更具体地说，使用前面的A组材料等。
同时，在第二单电池和电池平板中，当增强层设置在该衬底与绝缘和应力吸收层之间时，要求具有绝缘特性，更具体地说，使用前面的A组材料等。
此外，当增强层设置在绝缘和应力吸收层与下电极层之间时，要求增强层具有绝缘特性，且具有作为下电极层的功能或者不阻碍它的功能，特别地，使用前面的A组材料，B组材料等等。
此外，当增强层设置在下电极层与固体电解质层之间时，要求增强层不阻碍作为电解质的功能，且具有作为下电极的功能或者不阻碍它的功能，特别地，使用前面的C组材料，B组材料等等。
此外，当增强层设置在固体电解质层与上电极层之间时，要求增强层不阻碍作为电极的功能，且具有作为上电极的功能或者不阻碍它的功能，特别地，使用前面的C组材料，B组材料等等。
此外，当增强层设置在上电极层上时，要求增强层具有作为上电极的功能或者不阻碍它的功能，更具体地说，使用前面的B组材料等等。
其次描述该实施例的单电池和电池平板的制造方法。
例如，正如在图2A至2G所示的，这个实施例的单电池的制造方法包括下列步骤(a)至(g)。
(a)在衬底的一个表面上形成绝缘和应力吸收层，典型地，在它的上表面上形成(图2A)；
(b)在该衬底的至少一个表面上，典型地，在它的下表面上形成用于形成开口的掩膜层(图2B)；
(c)使用掩膜层作为蚀刻掩膜从下表面蚀刻该衬底，以形成在该衬底上的开口(图2C)；
(d)在该绝缘和应力吸收层上形成固体电解质层(图2D)；
(e)蚀刻并除去覆盖该衬底开口的绝缘和应力吸收层以便暴露固体电解质层(图2E)；
(f)在该固体电解质层上形成上电极层(图2F)；
(g)在该衬底的下表面和该开口的下表面上形成下电极层(图2G)。
在这里，可以首先执行步骤(a)或者步骤(b)，并且当掩膜材料和绝缘和应力吸收层的材料是相同时，这些步骤可以同时地进行。
此外，在步骤(a)之后和在步骤(e)之前执行步骤(c)。步骤(d)是在步骤(a)之后执行的。步骤(f)是在步骤(d)之后执行的。步骤(e)是在步骤(d)之后执行的。步骤(g)是在步骤(e)之后执行的。
注意，由于前述的制造方法有一个特征，即在绝缘和应力吸收层上形成该固体电解质层，故可以首先进行在该衬底形成开口的步骤(步骤(c))或者形成固体电解质层的步骤(步骤(d))。
此外，关于在该固体电解质层上形成上电极层的步骤(步骤(f))和在固体电解质层的下面从该衬底的下表面蚀刻绝缘和应力吸收层的步骤(步骤(e))，可以首先进行其中的任一步骤。
注意，下列增强层形成步骤(h)和(i)可以加到前述的制造方法中。
(h)以希望的薄膜形成表面的形状形成增强层；
(i)蚀刻覆盖该衬底开口的增强层的一部分。
此外，可以在任何时间执行作为附加步骤的步骤(h)。而且，可以在步骤(h)之后的任何时间执行作为附加步骤的步骤(i)。
当描述各个步骤中的具体的处理方法时，在步骤(a)和(b)中，掩膜层与绝缘和应力吸收层是通过热氧化方法等形成的，并且可以通过光刻方法形成希望的图案。此外，也可以通过LPCVD方法、溶胶-凝胶(sol-gel)方法、涂覆方法等提供希望的具有图案的层。
此外，例如在使用Si衬底的情况下，在步骤(c)开口的形成可通过公知的湿气各向异性蚀刻(wet anisotropic etching)使用以氢氧化钾作为主成分的溶液或者以肼作为主成分的溶液以希望的图案形成该开口。除上面叙述的之外，也可以应用干蚀刻方法、激光加工方法等等。
作为在步骤(d)中形成固体电解质层的方法，可使用EVD方法、激光磨蚀方法、蒸发方法、喷溅方法、离子电镀方法等等，通过这些方法可以形成希望的图案。
在上电极层形成步骤(步骤(f))和下电极层形成步骤(步骤(g))中，可以通过公知的蒸发方法，例如喷溅方法、火焰喷雾涂覆方法、喷雾方法和涂覆方法以希望的图案形成该电极。
此外，也是在增强层形成步骤(步骤(i))中，可能以希望的图案通过蒸发方法、喷溅方法、火焰喷雾涂覆方法和涂覆方法形成该增强层。而且，例如在形成具有在其中散布特定金属的稳定的氧化锆层作为上面描述的增强层的情况下，该特定的金属和稳定的氧化锆可以同时地使用两源(two-source)蒸发方法或者喷溅方法淀积。
例如正如图30A至30C所示的，这个实施例的第三单电池包括具有从它的上表面贯穿到它的下表面的第一开口608的衬底601，至少在第一开口608的外部的周围形成的绝缘和应力吸收层602，和在该衬底601的上表面的第一开口608的一部分区域。绝缘和应力吸收层602有比第一开口608小的第二开口。而且第三单电池具有比第一开口的面积小的固体电解质层604，该固体电解质层604形成在绝缘和应力吸收层602上并且覆盖第二开口。另外，第三单电池具有在固体电解质层604上形成的上电极层605和在该衬底601的下表面以及在固体电解质层604的下表面形成的下电极层606，它的表面向第一开口暴露(参见例子12)。
而且，例如正如图33A至33C所示的，在第三单电池中，绝缘和应力吸收层602可以包括在第一开口608中的多个第二开口(参见例子13至16，19和20)。
此外，例如，正如图44B所示的，在第三单电池中，下电极层614可以形成在该衬底601的上表面(参见例子17和18)。
关于第三单电池的各个构成部份的条件，可使用类似于上面描述的第一和第二单电池的条件。
实例
(例子1)
图1A是例子1的电池平板的透视图，而图1B是图1A的这个电池平板沿着剖面线A-A’的剖面图。
10×10个电池6形成在边长为10厘米的正方形Si衬底1上。每个电池6具有大约2平方毫米的矩形开口8。
在Si衬底1的一个表面上(以下称为“上表面”)形成绝缘和应力吸收层2，在该衬底中形成多个开口8。此外，在该衬底的上表面形成电解质层3和上电极层4以覆盖该开口8，在该上表面形成绝缘和应力吸收层2。该衬底的另一个表面(以下称为“下表面”)以下电极层5涂覆，并且在开口8上，下电极层5向Si衬底1的上表面暴露并且直接接触电解质层3。
以下参见图2A至2G和图3A至3G描述电池平板的制造过程。图2A至2G是在各个制造步骤中该电池平板的部分剖面图，而图3A至3G是在各个制造步骤中该电池平板的平面图。
首先，正如图2A和3A所示的，例如，作为绝缘和应力吸收层2的氮化硅薄膜通过低压CVD方法在Si衬底1的两个表面上淀积大约200nm厚。
其次，通过光刻和使用CF4气体的化学干蚀刻去除在该衬底下表面上的氮化硅薄膜(绝缘和应力吸收层)的特定区域2b，由此形成Si暴露区域7(图2B和图3B)。
此外，通过使用硅蚀刻液体，例如肼在大约80℃的温度下对Si衬底1进行各向异性蚀刻，因此形成在Si衬底1中的开口8。蚀刻沿着晶体平面(111)进行，因此获得具有倾斜表面的开口8。此外，在每个开口8上保持绝缘和应力吸收层2。这样的结构被称为隔膜(diaphragm)结构，并且覆盖每个开口8的绝缘和应力吸收层2的一部分特别地称为隔膜9(图2C和图3C)。
其后，通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜在1.5平方厘米的区域上以大约2μm的厚度形成例如用氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)制造的电解质薄膜3，以便覆盖该隔膜9(图2D和图3D)。
其次，使用CF4气体的化学干蚀刻再一次蚀刻在该Si衬底1的下表面的绝缘和应力吸收层2b以及隔膜9。因此，电解质薄膜3的下表面向该开口8暴露。具体说，由电解质薄膜3形成隔膜结构(图2E和图3E)。
此外，通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜在Si衬底1的上表面在的1.8平方厘米的区域中以大约500nm的厚度淀积La1-xSrxMnO(以下称为“LSM”)，以便覆盖其上形成电解质薄膜3的区域(图2F和图3F)。
其次，在包括开口8的Si衬底1的下表面，使用EB蒸发方法以大约500nm的厚度涂覆Ni薄膜。因此，形成通过开口8直接地接触电解质薄膜3下表面的下电极层5(图2G和图3G)。
为了层叠用于制造燃料电池叠层的多个Si衬底(电池平板)，制备图4A所示的隔板20。通过使用气流路径22a和22b用切割锯(dicingsaw)处理10平方厘米的Si衬底的两个表面获得隔板20。
一种结构的燃料电池(图4B)放置在电炉中，其中利用上面描述的制造方法制造的电池平板夹在两个隔板20之间。氧气流过在电池平板的上表面形成的隔板中的氧气流通路径，氢气流过在该电池平板的下表面上形成的隔板通道中的燃料气体流通路径，且电炉的温度设置在700℃，然后估计它的电力产生特性。开路电路电压是0.95V，而最大输出是0.2W/cm2。
正如上面叙述的，根据例子1的电池平板，甚至在使用相对大面积的Si衬底的情况下，由于采用下列结构，其中对于在绝缘和应力吸收层上的多个开口的每一个分开地形成电解质层和电极层，该电解质层不被由Si衬底和电解质层之间热膨胀系数的差别产生的应力损坏。
(例子2)
使用类似于在上面描述的例子1中的方法制造电池平板，在其上用各种材料制造该绝缘和应力吸收层2。而且，除此之外，关于电解质层3，制作在图1A和图5A至5C所示的各种图案的电池平板。这些电池平板放置在电炉中，并且在大气中以700℃的温度(温度上升率：300℃/Hr)执行热处理测试。获得的结果表示在图6的表中。
图5A的图案说明每隔四个开口分开电解质层图案并且每个分开的图案的边角是倒角的。图5B的图案表示对每个开口形成独立的圆形图案。图5C的图案表示在该电池平板的整个表面上形成连续的电解质层图案。
注意，图6的表中的○表示不能通过视觉或者利用光学显微镜观察该电解质层的损坏的状态。×表示观察到的剥离或者裂纹的状态。
正如图在6所示的，在没有绝缘和应力吸收层并且在该电池平板的全部表面上形成连续的电解质层图案的情况下(比较例子2-1)，在热处理之后电解质层3出现裂纹。但是，存在绝缘和应力吸收层以及在能够吸收该应力的电解质层3上形成该图案使得能够抵抗相应于燃料电池开始时间内的急剧的温升而在该电解质层上不出现裂纹和剥离。使用例子2-1至2-6中的电池平板，可以提供快速启动/停止的非常可靠的燃料电池。
(例子3)
使用10平方厘米的Si衬底的例子3类似于例子1，并且按照在图7A至7H和图8A至8H表示的制造步骤制成电池平板。图7A至7H是在各个制造步骤中电池平板的部分剖面图，而图8A至8H是在各个制造步骤中该电池平板的部分平面图。
首先，作为绝缘和应力吸收层2(2a)的氮化硅薄膜通过低压CVD方法在该Si衬底1的两个表面上淀积200nm厚，而作为增强层12的PSG层通过正常压力CVD方法在该衬底的上表面上淀积100nm厚(图7A和图8A)。
类似于例子1，该衬底的下表面上的这个氮化硅薄膜2a的希望区域通过光刻和使用CF4气体的化学干蚀刻去除，因此形成硅暴露区域7。以形成有4×4片3平方毫米的区域的图案形成暴露区域7(图7B和图8B)。
在该衬底的上表面在PSG层(增强层)12上涂覆保护层(resist)，并且保护层是通过光刻方法以希望的图案制作。采取这个保护层图案作为掩膜，在HF溶液中蚀刻不必要的PSG层12，从而获得框架形的图案(图7C和图8C)。
其次，使用硅蚀刻液体，例如肼在大约80℃的温度对Si衬底1进行蚀刻，因此形成在Si衬底1上的开口8。在开口8上，保持氮化硅薄膜(绝缘和应力吸收层)2，因此形成用氮化硅薄膜制造的隔膜9。此外，在该衬底的开口8的周围形成具有框架形图案的增强层12的结构(图7D和图8D)。
此外，正如图7E所示的，作为电解质层3的YSZ通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜在1.5平方厘米的区域上淀积大约2μm厚，以便覆盖隔膜9(图7E和图8E)。
再一次，使用CF4气体的化学干蚀刻从Si衬底的下表面执行蚀刻，然后去除接触电解质薄膜3下表面的氮化硅薄膜隔膜9，因此暴露该电解质层3的下表面。而且，也同时去除在Si衬底1的下表面的氮化硅薄膜2a(图7F和图8F)。
在Si衬底的上表面上，通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜在1.8平方厘米的区域以大约500nm的厚度淀积LSM，以便覆盖在其上形成电解质层3的区域，由此形成上电极层4(图7G和图8G)。
其次，在Si衬底1的下表面，使用EB蒸发方法以大约500nm的厚度淀积Ni薄膜，因此形成直接接触电解质层3下表面的下电极层5(图7H和图8H)。
类似于例子1，通过用两个隔板将以上面描述的方法制造的电池平板夹在中间以制造该燃料电池，然后估计它的电力产生特性。在700℃的温度，获得开路电压0.93V和0.20W/cm2的输出。而且，虽然温度重复地从室温到700℃上升和下落，但是识别不出输出的下降。
正如上面叙述的，利用包括增强层12的电池结构，可能制造一种燃料电池，其抵抗相应于燃料电池开始时间内的温度上升和下降而在电解质层3中不出现损坏和裂纹。
(例子4)
例子4使用类似于例子3的Si衬底。且在图7F和图8F表示的结构中，对于该增强层12改为使用图9的表中所示的材料、形成方法和薄膜厚度。而且，增强层12通过两源蒸发方法或者以使用掩膜代替使用光刻处理的喷溅方法形成图案。
执行热处理测试类似于例子2，而且估计在电解质层中的损坏而裂纹的存在。获得的结果表示在图9的表中。
在所有估计的样品中没有发现破坏。
正如上面叙述的，利用包括增强层的电池结构，可能制造一种非常可靠的燃料电池，其抵抗相应于燃料电池开始时间内的温度上升和下降而在电解质层中不出现损坏和裂纹。
(例子5)
例子5使用类似于例子1的10平方厘米的Si衬底，按照图10A至10G和图11A至11G的制造步骤制造电池平板。图10A至10G是在各个制造步骤中电池平板的部分剖面图，而图11A至11G是在各个步骤中电池平板的部分平面图。
首先，正如图10A所示的，作为绝缘和应力吸收层2的氮化硅薄膜通过低压CVD方法在Si衬底1的两个表面上淀积200nm厚，而作为增强层12层的PSG层通过正常压力CVD方法在该衬底的上表面淀积100nm厚。而且，作为增强层12，通过混合Ni和YSZ获得的层通过两源喷溅方法形成50nm厚(图10A和图11A)。
类似于例子1，在该衬底的下表面的这个氮化硅薄膜2a的希望区域通过光刻和使用CF4气体的化学干蚀刻去除，因此形成硅暴露区域7。以形成有4×4片3平方毫米的区域的图案形成硅暴露区域7(图10B和图11B)。
其次，使用硅蚀刻液体，例如肼在大约80℃温度下对Si衬底1执行各向异性蚀刻，因此形成在Si衬底1中的开口8。在开口8中，形成包括绝缘和应力吸收层2和增强层12的隔膜9(图10C和图11C)。
作为电解质层3，YSZ是通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜在1.5平方厘米的区域上形成大约2μm厚，以便覆盖隔膜9(图10D和图11D)。
正如图10E和图11E所示的，通过使用CF4气体的化学干蚀刻从Si衬底的下表面再一次执行蚀刻，并且接触电解质层3的下表面的氮化硅薄膜隔膜9被去除，因此暴露该电解质层3的下表面。与此同时，Si衬底1下表面的氮化硅薄膜2a也去除了。然后，通过使用CF4+H2气体的化学干蚀刻还蚀刻暴露的增强层12(图10E和图11E)。
在Si衬底的上表面上，通过使用蒸发掩膜的RF喷溅方法在1.8平方厘米的区域淀积厚度大约为500nm的LSM，以便覆盖电解质层3，因此形成上电极层4(图10F和图11F)。
在Si衬底1的下表面，使用EB蒸发方法淀积大约500nm厚的Ni薄膜，因此形成直接地接触电解质层3下表面的下电极层5(图10G和图11G)。
类似于例子1，通过用两个隔板夹持如此形成的电池平板制造该燃料电池，然后估计它的电力产生特性。在700℃的温度下，获得开路电压0.95V和0.22W/cm2的输出。而且，虽然温度重复地从室温到700℃上升和下降，但是识别不出输出的下降。
正如上面叙述的，利用包括增强层12的电池结构，可能制造一种燃料电池，其抵抗相应于燃料电池开始时间内温度的上升和下降而在电解质层3中不出现损坏和裂纹。
(例子6)
图12A至12C示出例子6的电池平板。图12A是该电池平板的透视图。图12B是沿着图12A的剖面线A-A ′的电池平板的截面图。图12C是电池10的一部分的放大的剖面图。
在10平方厘米的Si衬底11上，形成具有大约5平方毫米的开口18的5×4个电池10。
在Si衬底11的一个表面(上表面)上形成多个开口18，及绝缘和应力吸收层12。而且，在形成绝缘和应力吸收层12的该衬底的上表面，层叠电解质层14和上电极层15。在该衬底的另外一个表面(下表面)，涂覆下电极层16，且在每个开口18上，下电极层16向该衬底的上表面暴露并且直接地接触电解质层14。而且，在电解质层14和开18周围的下电极层16之间形成增强层13。
以下参见图13A至13H和图14A至14H描述例子6的电池的制造方法。图13A至13H和图14A至14H分别是在各个步骤中该电池平板的部分剖面图和部分平面图。
首先，正如图13A所示的，在Si衬底11的两个表面上，绝缘和应力吸收层12，例如氧化硅薄膜通过在氧化大气中对Si衬底11进行热处理形成大约300nm厚。随后，在Si衬底的两个表面上的绝缘和应力吸收层12和12a上，增强层13和13a，例如氮化硅薄膜通过低压CVD方法淀积大约200nm厚(图13A和图14A)。
在该上表面上的氮化硅薄膜(增强层)13的特定的区域通过光刻和使用CF4+O2气体的化学干蚀刻去除，因此形成框架形图案。注意，与此同时地，在不能起增强部分作用的一部分上的氮化硅薄膜可被去除(图13B和图14B )。
通过光刻和使用CF4+O2气体和CH4+H2气体的化学干蚀刻去除在该Si衬底11下表面上的氮化硅薄膜13a和氧化硅薄膜的特定区域13C，因此形成硅暴露区域17(图13C和14C)。
在有图案的氮化硅薄膜(增强层)13与绝缘和应力吸收层12上，例如诸如YSZ的电解质层14通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜形成大约2μm的厚度(图13D和14D)。
正如图13E和图14E所示的，在大约80℃的温度使用硅蚀刻液体，例如肼蚀刻Si衬底11，因此形成在Si衬底11中的开口18。因此，在Si衬底11的上表面，形成氧化硅薄膜(绝缘和应力吸收层)12和电解质层14的隔膜19，其中通过氮化硅薄膜(增强层)13强化开口18的外围部分(图13E和14E)。
再一次通过使用CF4+H2气体的化学干蚀刻从Si衬底11的下表面执行蚀刻，并且去除暴露的氧化硅薄膜12，因此暴露出该电解质层14的下表面(图13F和图14F)。
在Si衬底11的上表面上，例如通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜淀积大约500nm厚的LSM，以便覆盖电解质层14，因此形成上电极层15(图13G和14G)。
其次，在Si衬底11的下表面，使用EB蒸发方法涂覆大约500nm厚的Ni薄膜，因此形成直接接触电解质层14的下电极层16(图13H和图14H)。
在利用上面的方法制造的电池平板(Si衬底)中形成制造的电池，该电池平板由图4B所示的两个隔板夹在中间，因此形成燃料电池叠层。对获得的燃料电池层叠的电力产生特征进行估计，结果开路电压是0.95V，而最大输出是0.2W/cm2，该估计是类似于例子1进行的。
正如上面叙述的，在例子6中，增强层13形成在电解质层14和下电极层16之间，因此加强开口18的外围部分。在隔膜结构的电池中，开口18的这个外围部分是应力集中的容易引起破坏的一个点。因此，通过加强该点，可以实现包括具有几μm厚的薄的电解质层14的电池结构。而且，也抵抗在燃料电池启动/停止时间内引起的温度变化，因此可能提供消除由Si衬底11和电解质层14之间热膨胀系数差别引起的热应力所产生的电解质层14的剥离或者损坏的非常可靠的电池平板。
因此，可以提供能够快速启动/停止操作的燃料电池。为了抑制温度变化，对于燃料气体、空气和废气的流量和通道的控制，燃料气体成分和燃料气体的潮湿度的控制，都要求有非常高的控制精度。但是，用于这些的控制系统可以简化。
而且，由于电解质层14可以很平滑地形成在紧密的Si衬底11上，因此可以获得薄的和紧密的电解质层14。
此外，由于增强层13形成在电解质层14和下电极层15之间，可能从它的制造过程的最初的阶段加强电解质层14。因此，在大应力施加给薄膜的步骤，诸如在制造的过程中的化学处理和清洁处理步骤中，作用于电池部分的各种的负荷可减少，因此实现了非常适合于批量生产的结构。此外，可以抑制在制造步骤中由应力引起的细小缺陷的出现，并且进一步改进可靠性。
在例子6中，增强层13使用氮化硅薄膜，但是不限于此，可以使用能够实际上加强电解质层14的任何材料。例如，可提到磷硅酸盐玻璃(PSG)，硼磷硅酸盐玻璃，氧化铝，二氧化钛，氧化锆或者MgO。而且可提到至少包含散布在其中的一类金属的玻璃，该金属是从Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的；包含以下至少一种金属元素作为主要成分的金属，其中该金属元素是从Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的；以及任何稳定的氧化锆和CeO2基固溶体，该CeO2基固溶体至少包含在其中散布的一个类型的，从Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的金属。
如果增强层13是用包含散布在其中的金属的玻璃或者该金属制造的，则该玻璃和该金属也起下电极层16的作用。因此，可能加强该电池而不会由于增加了增强层13而减少电解质层14的有效面积。
而且，如果增强层13是用稳定的氧化锆或者CeO2基固溶体制造的，则它们二者都包含散布在其中的金属，这些起着电解质层14和下电极层16之间的中间层的功能。因此，可能加强该电池而不会由于增加了增强层13而减少电解质层14的有效面积。
而且，电解质层14和上、下电极层的材料不限于在前述的例子中列举的材料。
(例子7)
在图15A至15H和图16A至16H中表示了例子7的电池的制造方法。图15A至15H和图16A至16H是在各个步骤中该电池平板的部分剖面图和平面图。例子7的电池位置与例子6的电池结构不同在于：增强层是安装在Si衬底开口上的横杆形状中。下面描述制造过程。
正如图15A所示的，在Si衬底的两个表面上，通过在氧化大气中对Si衬底热处理形成绝缘和应力吸收层102，例如氧化硅薄膜，每个层厚度大约为300nm。然后，增强层103例如氮化硅薄膜，通过低压CVD方法形成大约200nm的厚度(图15A至16A)。
随后，通过光刻和使用CF4+O2气体的化学干蚀刻去除该表面上氮化硅薄膜(增强层)103的希望的区域以便形成一个开口。这个开口变成稍后起电池作用的一部分。在这种情况下，在增强层103的开口中留下横杆形增强图案109。例如，如图16B所示的，形成一个图案以便划分Si衬底的开口为四个区域，该开口是在稍后步骤中形成的。划分的区域数量可以是2或者更大。另外，在这种情况下，可以同时去除不起增强部分作用的一部分氮化硅薄膜(图15B和16B)。
通过光刻和使用CF4+O2和CH4+H2气体的化学干蚀刻去除在该Si衬底101下表面上的氮化硅薄膜103a和氧化硅薄膜102a的特定区域，因此形成硅暴露区域107(图15C和16C)。
然后，通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜形成大约2μm厚的电解质层104，例如YSZ(图15D和16D)。
正如图16E所示的，在大约80℃的温度下使用硅蚀刻液体，例如肼蚀刻Si衬底101，因此形成在Si衬底101中的开口108。因此，在Si衬底的表面上，形成由氧化硅薄膜102和电解质层104构成的隔膜结构，它们通过具有氮化硅薄膜103形成的框架和横杆部分的增强图案109来强化(图15E和16E)。
再一次通过使用CF4+H2气体的化学干蚀刻从Si衬底的下侧蚀刻氧化硅薄膜102，因此对开口108暴露电解质层的下表面。因此，通过增强图案109强化的电解质层104形成隔膜(图15F和16F)。当从底侧看该电池时，图16FB是用于参考的底视图。增强层的框架形图案的边缘而不是开口108的边缘向内侧凸出。
然后，在Si衬底的上表面上通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜淀积大约500nm厚的LSM，以便覆盖电解质层104，因此形成上电极层105(图15G和16G)。
然后，使用EB蒸发方法从Si衬底101的下表面淀积大约500nm厚的Ni薄膜，因此形成与电解质层104直接接触的下电极层106(图15H和16H)。
在例子7中，在隔膜结构的电池下面形成把Si衬底的开口108分开为四个的增强图案109。因此，提供由横杆形增强部分从底部支持该电池的结构，使得能够获得更强的增强。因此，可以形成面积较大的电池。
在这个例子中，形成交叉型增强图案，并且开口108被分成四个矩形的区域。然而，增强图案可以形成在开口108的对角线上。另外，当该电池放大时，有利的是在格子形状中插入横杆，并且小型化每个开口。在开口108中形成的框架形和/或横杆形增强图案109的特定例子表示在图26至29的每个底视图中。
(例子8)
在图17A至17G和图18A至18G中表示了例子8的电池的制造方法。图17A至17G和图18A至18G是在各个步骤中该电池平板的部分剖面图和平面图。
例子8的电池的特征在于：绝缘和应力吸收层也起增强层的作用。下面描述制造过程。
首先，正如图17A所示的，通过低压CVD方法在Si衬底201的两个表面上淀积绝缘和应力吸收/增强层202，例如氮化硅薄膜，每个绝缘和应力吸收/增强层厚度大约为200nm(图17A和18A)。
通过光刻和使用CF4+O2气体的化学干蚀刻去除在该表面上的氮化硅薄膜(绝缘和应力吸收/增强层)202的特定的区域，因此形成开口和增强图案209(202)。这个开口变成稍后起电池作用的一部分(图17B和18B)。
然后，在该Si衬底的下表面的氮化硅薄膜202a的特定的区域通过光刻和使用CF4+O2气体的化学干蚀刻去除，因此形成硅暴露区域207(图17C和18C)。
通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜形成例如用YSZ制造的大约2μm厚的电解质层204(图17D和18D)。
通过在大约80℃的温度下使用硅蚀刻液体，例如肼执行Si蚀刻，因此形成在Si衬底201上的开口208。因此，在Si衬底201的表面上，形成由通过具有由氮化硅薄膜202形成的框架和横杆部分的增强图案209来强化的电解质层204构成的隔膜结构(图17E和18E)。当从底侧看该电池时，图18EB是用于参考的底视图。
然后，在电解质层204的表面上通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜淀积大约500nm厚的LSM，因此形成上电极层205(图17F和18F)。
使用EB蒸发方法从Si衬底的下表面淀积大约500nm厚的Ni薄膜，因此形成与电解质层204的下表面直接接触的下电极层206(图17G和18G)。
在例子8中，该绝缘和应力吸收层也起增强层的作用。因此，不增加形成增强层的步骤，仅仅通过改变绝缘和应力吸收层的图案209就可以形成增强结构。
而且，在例子8中，氮化硅薄膜被用于绝缘和应力吸收/增强层。但是，也可使用任何材料，只要它们是绝缘体并且能够实际上增强电解质层。例如，可以从磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃、氧化铝、二氧化钛、氧化锆和MgO中选择材料。
(例子9)
在图19A至19H和图20A至20H中表示了例子9的电池的制造方法。
例子9的电池的特征在于：在电解质层和上电极层之间形成增强层。下面描述例子9的电池的制造方法。
首先，正如图19A所示的，在Si衬底301的两个表面上，通过在氧化大气中对Si衬底热处理形成绝缘和应力吸收层302，例如氧化硅薄膜，每层厚度大约300nm(图19A和20A)。
然后，通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜形成厚度大约2μm的例如用YSZ制造的电解质层304。随后，增强层303，例如氮化硅薄膜通过低压CVD方法淀积大约200nm的厚度(图19B和20B)。
通过光刻和使用CF4+O2气体的化学干蚀刻去除氮化硅薄膜(增强层)303的特定的区域，因此形成一开口和增强图案309。这个开口变成稍后起电池作用的一部分。在这种情况下，可以同时地去除不起增强部分作用的一部分氮化硅薄膜(图19C和20C)。
通过光刻和使用CF4+O2以及CH4+H2气体的化学干蚀刻去除在硅衬底下表面上的氧化硅薄膜302a和氮化硅薄膜303a的特定区域，因此形成硅暴露区域307(图19D和20D)。
然后，正如图19E所示的，使用硅蚀刻液体，例如肼在大约80℃的温度下蚀刻Si衬底301，因此形成Si衬底301上的开口308。因此，在Si衬底的表面上形成由氧化硅薄膜(绝缘和应力吸收层)302和电解质层304构成的隔膜，该隔膜利用具有由氮化硅薄膜(增强层)303形成的框架以及横杆部分的增强图案309增强(图19E和20E)。
通过使用CF4+H2气体的化学干蚀刻从Si衬底的下表面再次执行蚀刻，并且去除接触电解质层304的下表面的氧化硅薄膜(绝缘和应力吸收层)302，以便暴露该电解质层304的下表面。因此，形成由通过增强图案309强化的电解质层304构成的隔膜(图19F和20F)。
通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜在Si衬底的表面上淀积大约500nm厚的LSM，以便覆盖电解质层104和增强图案309，因此形成上电极层305(图19G和20G)。
然后，使用EB蒸发方法从Si衬底的下表面淀积大约500nm厚的Ni薄膜，因此形成与电解质层304的下表面直接接触的下电极层306(图19H和20H)。
在例子9中，在电解质层304和上电极层305之间形成增强层309(303)。通常，使用喷溅方法或者CVD方法形成电解质薄膜。但是，在这样的方法中，如果在该衬底中出现台阶部分，在类似于平面的台阶部分的侧表面均匀地形成电解质层是困难的，并且因为应力集中等在台阶部分的基底的薄膜中容易出现裂纹。因此，问题出现了，这些问题包括电解质层的可靠性降低，由为了获得可靠性而增加电解质层的厚度引起的性能降低，等等。
在例子9中，因为在电解质层304和上电极层305之间形成增强层303(309)，故可以在平坦部分形成电解质层304，并且可以获得非常可靠的电解质层304而没有台阶部分的任何弯曲。另外，可以在制造过程从相对早的时间强化电解质层304，以使它可能在化学或者洗涤处理的制造步骤中减少施加给电池部分的各种应力。
而且，在例子9中，氮化硅薄膜被用于增强薄膜303(309)。但是，增强层的材料不限于此类材料，而是可使用任何材料，只要它们可以实际上加强电解质层。例如，可提到磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃、氧化铝、二氧化钛、氧化锆和MgO。而且还有包括至少在其中散布一类金属的玻璃，该金属是从Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的；包含以下至少一种金属元素作为主要成分的金属，该金属元素是从Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的一类；以及任何稳定的氧化锆和CeO2基固溶体，该CeO2基固溶体包含在其中散布的，从Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的至少一类金属。
在这种情况下，当具有散布于其中的金属的玻璃或者金属被用于增强层303时，由于该增强层303起着上电极层305的作用，所以该电池可以被强化而不会由于增加了增强层303而减少电解质层304的有效面积。另外，当使用稳定的氧化锆或者具有散布在其中的金属的CeO2基溶液时，由于该增强层起着在电解质层304和上电极层305之间的中间层的作用，故该电池可以被强化而不会由于增加了增强层而减少电解质层304的有效面积。
(例子10)
在图21A至21G和图22A至22G中表示了例子10的电池的制造方法。
例子10的电池的特征在于：在该上电极层上形成增强层。下面描述制造方法。
在Si衬底401的两个表面上，作为绝缘和应力吸收层402，例如氮化硅薄膜通过低压CVD方法淀积，每个氮化硅薄膜厚度为200nm(图21A和22A)。
然后，在Si衬底401的下表面通过光刻和使用CF4+O2气体的化学干蚀刻去除氮化硅薄膜402a的希望区域，因此形成硅暴露区域407(图21B和22B)。
在Si衬底401的表面侧的绝缘和应力吸收层402上，通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜形成厚度大约2μm的例如用YSZ制造的电解质层404。另外，在电解质层404上，通过RF喷溅方法淀积大约500nm厚的LSM作为上电极层405(图21C和22C)。
在上电极层405，例如通过等离子体CVD方法淀积大约1μm厚的氮化硅薄膜作为增强层403。随后，氮化硅薄膜(增强层)403通过光刻和使用CF4+O2气体的化学干蚀刻来蚀刻，因此形成开口和具有框架和横杆部分的增强图案409。这个开口稍后变成起电池作用的一部分。在这种情况下，可以同时地去除不起增强部分作用的氮化硅薄膜部分(图21D和22D)。
然后，使用硅蚀刻液体，例如肼在大约80℃的温度下蚀刻Si衬底401，因此形成在Si衬底401中的开口408。因此，在开口408上形成由绝缘和应力吸收层402、电解质层404和上电极层405构成的隔膜，它们通过增强图案409加强(图21E和22E)。
再次通过使用CF4+O2气体的化学干蚀刻完成蚀刻并且去除暴露在该开口中的氮化硅薄膜(绝缘和应力吸收层)402a，因此暴露电解质层404的下表面(图21F和22F)。
然后，使用EB蒸发方法从Si衬底401的下表面淀积大约500nm厚的Ni薄膜，因此形成与电解质层404的下表面直接接触的下电极层406(图21G和22G)。
在例子10中，由于在上电极层405上形成增强层403，因此可以实现增强而不减少影响电池的电力产生效率的在电解质层404和上电极层405之间的界面的区域。
而且，在例子10中，氮化硅薄膜被用于增强层403。然而，在这一点没有设置限制，而是可使用任何材料，只要它们可以实际上加强电解质层。例如，可提到磷酸硅盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃、氧化铝、二氧化钛、氧化锆和MgO。还有包含在其中散布的至少一类金属的玻璃，该金属是从Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的；包含下列至少一种金属元素作为主要成分的金属，该金属元素是从Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的；以及任何稳定的氧化锆和CeO2基固溶体，该CeO2基固溶体包含在其中散布的，从Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的至少一类金属。
在这种情况下，当从具有散布在其中的金属的玻璃、金属、具有散布的金属的稳定的氧化锆和CeO2基固溶体中选择任何一种用于增强层403时，由于增强层403也起一个电极的作用，故上电极层405可以变薄。可以促进燃料气体或者空气传送至反应界面，从而提高电力产生特性。另外，由于增强层403起电流路由(route)的作用，故在电流路由中电能的损失可以减少。
(例子11)
例子11的电池制造方法表示在图23A至23F和24A至24F中。
例子11的电池的特征在于：在绝缘和应力吸收层与下电极层之间形成增强层。下面描述它的制造方法。
首先，在Si衬底501的两个表面上，通过在氧化大气中对Si衬底501热处理形成绝缘和应力吸收层502及502a，例如氧化硅薄膜，每层厚度大约300nm。随后，通过低压CVD方法在绝缘和应力吸收层502和502a上淀积增强层503和503a，例如氮化硅薄膜，每个层厚度大约为300nm(图23A和24A)。
通过光刻和使用CF4+O2气体的化学干蚀刻去除在该表面上的增强层503的特定区域，因此形成一个开口和增强图案509。这个开口稍后变成起电池作用的一部分。同时地可以去除不起增强部分作用的一部分氮化硅薄膜。通过光刻和使用CF4+O2及CF4+H2气体的化学干蚀刻去除在该衬底的下表面上的氮化硅薄膜503a和氧化硅薄膜502a的特定区域，因此形成硅暴露区域507(图23B和24B)。
使用硅蚀刻液体，例如肼在大约80℃的温度下蚀刻Si衬底501，因此形成在Si衬底501上的开口508。于是，在Si衬底的表面上形成由通过增强图案509增强的绝缘和应力吸收层502构成的隔膜(图23C和24C)。
使用EB蒸发方法和蒸发掩膜在增强图案509与绝缘和应力吸收层502上淀积大约500nm厚的Ni薄膜，因此形成在开口508上面的下电极层506(图23D和24D)。
通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜在下电极层506的特定的区域形成大约2μm厚的电解质层504的YSZ(图23E和24E)。
然后，通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜在Si衬底的表面上淀积大约500nm厚的LSM，因此形成上电极层505(图23F和24F)。
通过使用CF4+H2气体的化学干蚀刻从Si衬底的下表面再次蚀刻绝缘和应力吸收层502。因此，可以形成具有隔膜结构的电池，它是由以横杆形状形成的增强图案509增强的下电极层506/电解质层504/上电极层505构成的(图23G和24G)。
在例子11中，由于在下电极层506的下面形成增强层503，故可以从制造过程的最初阶段增强电解质层504。
根据例子11的电池结构，在化学/清洗处理对该薄膜上施加大应力的制造过程的步骤中，可以减少施加在电池部分的各种负荷。这种电池结构适合于批量生产。
而且，该增强层是形成在除了上电极层505与电解质层504之间以及在电解质层504与下电极层506之间的界面之外。因此，可以获得增强而不减少影响电池的电力产生效率的界面的面积。
在例子11中，氮化硅薄膜被用于增强层503。但是，增强层的材料不限于此类材料，而是可使用任何材料，只要它们可以实际上加强电解质层。例如，可提到磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃、氧化铝、二氧化钛、氧化锆和MgO。还有包含在其中散布的至少一类金属的玻璃，该金属是从Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的；包含下列金属元素中至少一类作为主要成分的金属，该金属元素是从Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的；以及任何稳定的氧化锆和CeO2基固溶体，该CeO2基固溶体包含在其中散布的，从Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的至少一类金属。
在这种情况下，当具有散布在其中的金属的玻璃或者金属被用于增强层503时，由于增强层503也起电极的作用，故下电极层506可以变薄。因此，可以促进燃料气体或者空气传送至反应界面，从而改进电力产生特征。而且，由于增强层503起电流路由的作用，故在电流路由中电力的损失可以减少。
另外，正如图25A和25B所示的，如果增强图案509是由绝缘和应力吸收层502形成的，并且也适合于用作增强层503的功能，则可以仅仅通过改变绝缘和应力吸收层502的图案而不增加形成增强层503的台阶来形成增强结构。
任何材料都可用于绝缘和应力吸收/增强层，只要它们是绝缘体并且能够实际上加强电解质层。例如，可以是从氮化硅薄膜、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃、氧化铝、二氧化钛、氧化锆和MgO中选择的一种材料。
(例子12)
例子12的电池平板表示在图30A至30C。图30A是表示电池平板的外观的透视图，图30B是沿剖面线A-A’的剖面图，图30C是单电池607部分的放大截面图。构成例子12的电池平板的单电池属于本发明的第三单电池。
电池平板例如具有5×5个电池607，每个电池在边长为10厘米正方形的Si衬底上具有大约5毫米的正方形开口。每个电池607具有Si衬底601和这个Si衬底的开口608。在Si衬底601的上表面形成绝缘和应力吸收层602。另外，形成电解质层604以覆盖开口608，并且在绝缘和应力吸收层602以及电解质层604上形成上电极层605。在绝缘和应力吸收层602中的开口以及电解质层604的矩形图案面积小于在Si衬底601上形成的开口608。同时，在Si衬底601的底表面侧，除开口608之外，留下了由与绝缘和应力吸收层的薄膜相同的薄膜形成的掩膜层602a，并且形成下电极层606以覆盖开口608和掩膜层602a。这个下电极层606直接接触电解质层604。
下面参见图31A至31F和图32A至32F描述例子12的电池的制造过程。
首先，在Si衬底601的两个表面上，通过低压CVD方法淀积薄膜，即在上表面侧(前表面侧)上的绝缘和应力吸收层602和在硅蚀刻期间在该下表面侧(下表面侧)的掩膜层，例如氮化硅薄膜，每个薄膜厚度大约为200nm(图31A和32A)。
然后，通过光刻和使用CF4+O2气体的化学干蚀刻去除在表面上的绝缘和应力吸收层602的特定的区域。因此，在绝缘和应力吸收层602中，形成比在稍后步骤中形成的Si衬底的开口608变窄几个μm至几百μm的开口。随后，通过相似的方法，去除在这个衬底下表面的氮化硅薄膜的希望区域，因此形成用于硅蚀刻起掩膜作用的掩膜层602a(图31B和32B)。
然后，通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜形成厚度大约2μm的由例如氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)制成的电解质层604，以便覆盖绝缘和应力吸收层602的开口(图31C和32C)。
另外，例如在该衬底11的表面上，通过RF喷溅方法使用蒸发掩膜淀积大约500nm厚的LSM，以便覆盖电解质层604，因此形成上电极层605(图31D和32D)。
使用硅蚀刻液体，例如肼在大约80℃的温度下蚀刻Si衬底601，因此形成在Si衬底601中的开口608。因此，在开口608中形成由电解质层604构成的隔膜，开口框架的周围利用绝缘和应力吸收层602加强(图31E和32E)。
然后，使用EB蒸发方法从Si衬底601的下表面淀积大约500nm厚的Ni薄膜，因此形成与电解质层604的下表面直接接触的下电极层606(图31F和32F)。
在例子12的电池中，电解质层604的面积小于开口608的面积，并且电解质层604是在开口608内形成的。从电解质层604的末端到开口608的距离发挥类似于当形成厚的绝缘和应力吸收层时的应力吸收效果。换句话说，在这个结构中，由于电解质层604不是直接地形成在Si衬底601上，与三个层，即电解质层、绝缘和应力吸收层以及Si衬底层压的结构比较，可以抑制由Si衬底601和电解质层604之间的热膨胀系数的差别引起的热应力的产生。因此，可以更进一步减少在燃料电池的启动/停止时间内由温度变化引起的电解质层604的部分剥离或者破裂，从而可能提供可靠性高得多的电池平板。
在例子12中，绝缘和应力吸收层603和下表面掩膜层603a是用类似的薄膜制造的。但是，不同种类的薄膜可以形成这些层。另外，氮化硅薄膜被用于绝缘和应力吸收层602。然而，在这一点没有限制，而是可使用任何材料，只要它们可以提供物理绝缘。例如，可以使用从氮化硅，磷硅酸盐玻璃(PSG)，硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)，氧化铝，二氧化钛，氧化锆和镁中选择的材料，或者主要包含它们的可选择的混合物的某种材料。
(例子13)
例子13的电池平板表示在图33A至33C。图33A是表示电池平板的外观的透视图，图33B是沿剖面线A-A’的剖面图，图33C是该电池的放大的截面图。
例子13的电池可以使用类似于例子12的过程制造。但是，它的不同在于：绝缘和应力吸收层602具有多个开口，且为各个开口分开的电解质层604不重叠形成在该Si衬底上。换句话说，多个电池是在Si衬底的每个开口608中形成的。
例子13的电池平板在边长为10厘米的正方形的Si衬底601中具有大约为40平方毫米大小的四个开口。在开口608上，绝缘和应力吸收层602具有3乘3个开口，每个开口为边长10毫米的正方形。在每个开口中，形成边长为12毫米的正方形的电解质层4的区域。另外，在该衬底的表面上形成上电极层605，并在开口608的下表面形成下电极层606，以便直接接触电解质层604的下表面。
例子13的电池的制造过程表示在图34A至34F和图35A至35F。至于材料和薄膜厚度的条件，可使用例子12的条件。
首先，在Si衬底601的两个表面上，淀积薄膜，即在上表面侧上的绝缘和应力吸收层602、和在下表面侧上在硅蚀刻期间的掩膜层602a，例如氮化硅薄膜(图34A和35A)。
然后，通过蚀刻去除在表面上的绝缘和应力吸收层602的特定的区域。因此，在绝缘和应力吸收层602中，在稍后步骤中在Si衬底的开口608中形成3×3个开口，每个开口为边长10毫米的正方形。随后，通过相似的方法，去除在这个衬底下表面的氮化硅薄膜的希望的区域，因此形成用于蚀刻Si衬底起掩膜作用的掩膜层602a图案(图34B和35B)。
然后，在绝缘和应力吸收层602的每个开口上形成电解质层604图案(图34C和35C)。
另外，在该衬底的表面上淀积上电极层605(图34D和35D)。
然后，使用该掩膜层602a图案作为掩膜，蚀刻该Si衬底601，因此在Si衬底601中形成开口608。在开口608上形成隔膜，它是由此被支撑的绝缘和应力吸收层602及电解质层604的多个区域的图案构成的(图34E和35E)。
然后，从Si衬底601的下表面形成下电极层606(图34F和35F)。
在例子13的电池平板中，相对于Si衬底601的一个开口形成具有多个开口的绝缘和应力吸收层602，并在其上提供分成小面积的电解质层604。因此，类似于例子12，由于热膨胀系数很不同的电解质层604和Si衬底601分开地设置，故可以减少热应力的产生。
考虑到Si衬底601和电解质层604的热膨胀系数之间的差别与电解质层604强度之间的关系，电解质层604的每个区域的面积难于扩大。因此电解质层604的每个区域的面积是小的。当为Si衬底601的一个开口608形成一电解质层604区域时，通过各向异性蚀刻形成平面的坡度部分(111)。这个坡度部分电池从未有效地使用，因此它是不必要的。例如，在相对于边长为10毫米的正方形的开口(100mm2)的625nm的标准圆片厚度的情况下，坡度部分甚至变成16.6mm2，这大大地减少了面积利用率。但是，在例子13中，这个部分(面积)的比率可以设置得很小，以使它可能增加面积利用率。
另外，由于在绝缘和应力吸收层602的薄膜上形成有助于电力产生反应的所有的电池部分，故绝缘和应力吸收层602中的温度均匀性高，且在绝缘和应力吸收层602中很难出现温度梯度。因此，内部产生的应力是有限的。
另外，在例子13的结构中，大尺寸的开口608使电池平板能够减少重量，并减少该电池平板的热容量。因此，保存达到特定的温度必需的热量小，从而加快温度升高。换句话说，改进了电池开始性能。当叠层该电池平板时，获得诸如温度散发困难的好效果。
(例子14)
图36A是在制造过程的进展中例子14的电池平板的部分剖面图，而图37A是相应于该截面图的电池平板的部分平面图。图36B是完成时例子14的电池平板的部分剖面图，而图37B是相应于该截面图的电池平板的部分平面图。
例子14的电池平板的结构和制造方法基本上类似于例子13的电池平板。但是，绝缘和应力吸收层602的图案是不同的。特别地，正如图36A和37A所示的，在例子14的电池平板中，在绝缘和应力吸收层602的开口中提供具有横杆功能的增强图案610。
例子14的电池平板具有类似于例子13的电池平板的优点，并且通过由在电解质层604下面的绝缘和应力吸收层602构成的增强图案610支承电解质层604。因此，可以更有效地防止电解质层604的损坏，由此可能进一步增强可靠性。
(例子15)
图38A是在制造过程的进展中例子15的电池平板的部分剖面图，而图39A是相应于该截面图的电池平板的部分平面图。图38B是完成时例子15的电池平板的部分剖面图，而图39B是相应于该截面图的电池平板的部分平面图。
例子15的电池的特征在于：绝缘和应力吸收层由多个层构成。
正如图38A和39A所示的，在淀积第一绝缘和应力吸收层602并且形成图案之后，淀积第二绝缘和应力吸收层611，以及形成第二绝缘和应力吸收层611的图案以便覆盖第一绝缘和应力吸收层的图案。
在例子15中，通过在Si衬底602与电解质层604之间插入多个应力吸收层逐渐地改变热膨胀系数。因此，应力吸收更有效，使得可能提高电池平板的可靠性。
(例子16)
图40A是在制造过程的进展中例子16的电池平板的部分剖面图，而图41A是相应于该截面图的电池平板的部分平面图。图40B是完成时例子16的电池平板的部分剖面图，而图41B是相应于该截面图的电池平板的部分平面图。
在例子16的电池结构中，类似于例子15的电池结构，绝缘和应力吸收层由多个层构成。形成第一绝缘和应力吸收层602的开口图案。第一绝缘和应力吸收层602的开口图案被第二应力吸收结构层612覆盖，并且在该开口中形成横杆形的增强图案。
类似于例子15，通过在Si衬底601和电解质层602之间提供多个应力吸收层逐渐地改变热膨胀系数，从而减少应力，并且在电解质层604的下面形成横杆形的应力吸收层612。因此，由于横杆形应力吸收层12从下面支承电解质层604，故可以更有效地防止电解质层604的损坏，从而进一步改进可靠性。
(例子17)
图42A至42F以及图43A至43F是在各个制造步骤例子17的电池平板的部分剖面图和部分平面图。
下面简要地描述例子17的电池的制造方法。首先，如图42A和43A所示，在Si衬底601上形成绝缘和应力吸收层602的开口图案。在分开的步骤中，在Si衬底的下表面形成掩膜层602a。
然后，形成第一下电极层613以便覆盖在该衬底的上表面的应力吸收层602的每个开口(图42B和43B)。
在下电极层613上形成电解质层604(图42C和43C)。随后，在该衬底的全部表面上形成上电极层605(图42D和43D)。然后，使用掩膜层602a作为蚀刻掩膜蚀刻Si衬底601(图42E和43E)。
另外，Si衬底的全部下表面被第二下电极层606覆盖(图42E和43E)。在Si衬底的上表面形成的第一下电极层613直接接触下电极层606。
根据例子17的电池结构，由于在该衬底的上表面形成第一下电极层613，故可以利用这个第一下电极层613支承电解质层604。因此，在制造过程期间可以有效地防止该电解质层的损坏，由此进一步改进该电池的可靠性。
在例子17的电池结构中，绝缘和应力吸收层602具有类似于例子13的开口图案。但是，绝缘和应力吸收层的形状和结构不限于此。类似于例子14至16，绝缘和应力吸收层可以由多个层构成。
(例子18)
图44A是在制造过程的进展中例子18的电池平板的部分剖面图。图45A是相应于该剖面图的电池平板的部分平面图。图44B是当完成时例子18的电池平板的部分剖面图。图45B是相应于该剖面图的电池平板的部分平面图。
对于例子18的电池，正如图44A和45A所示的，在Si衬底601的上表面形成应力吸收层602的开口图案，然后形成下电极层614图案以覆盖每个开口图案。随后，正如图44B和45B所示的，在该开口的下电极层614上形成上电极层605。
在例子18中，不同于例子17，从Si衬底601的下表面不淀积下电极层606。
在例子18中，在Si衬底601的上表面形成下电极层614，并在这个下电极层614上形成电解质层604。因此，由于电解质层604是由下电极层614支承的，因此有效地防止制造过程期间的损坏，从而进一步改进可靠性。另外，通过在电解质层604的部分(应力吸收层602的开口部分)中彼此交叉设置下和上电极层614与605，可以引出两个电极用于在Si衬底601的上表面的电连接。
显然地，也在例子12至18中，可以插入象例子7至11所示的增强层。
(例子19)
图46A是在制造过程中例子19的电池平板的部分剖面图。图47A是相应于该剖面图的电池平板的部分平面图。图46B是当完成时例子19的电池平板的部分剖面图。图47B是相应于该剖面图的电池平板的部分平面图。
例子19的电池平板是例子15的修改的例子。在例子19的电池平板中，在第一绝缘和应力吸收层602上提供第二应力吸收层611A。但是，对于第二应力吸收层611A，绝缘特性不是必需的。
在例子19中，淀积第一绝缘和应力吸收层602并使之形成图案，然后淀积第二应力吸收层611A并且使之形成图案。由于不具有绝缘特性的薄膜被用于第二应力吸收层611A，故第二应力吸收层611A被电解质层604覆盖，以便防止上和下电极层605和606的短路。
也是对于在例子19的电池平板，由于通过在Si衬底601和电解质层604之间插入多个应力吸收层来逐渐地改变热膨胀系数，可以有效地获得应力吸收。
任何材料都可用于第二应力吸收层611A，只要它们可以实际上加强电解质层604。例如，可提到磷酸盐玻璃(PSG)、硼磷酸盐玻璃、氧化铝、二氧化钛、氧化锆和MgO。还有包含散布在其中的至少一类金属的玻璃，该金属是从Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的；包含下列至少一种金属元素作为主要成分的金属，该金属元素是从Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的一类金属元素；以及任何稳定的氧化锆CeO2基固溶体，该CeO2基固溶体包含散布在其中的，从Si、Ti、Cr、F e、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的至少一种金属。
在这种情况下，当具有散布在其中的金属的玻璃或者金属被用于应力吸收层时，由于这个层也起着下电极层的作用，可实现应力吸收，而不会导致由于增加应力吸收层而引起的电解质层304的有效面积的减少。在这种情况下，绝缘体可以由电解质层604形成，正如图42所示的。
当使用稳定的氧化锆或者具有散布在其中的金属的CeO2基固溶体时，由于该应力吸收层起着电解质层和下电极层之间的中间层的作用，故可以实现应力吸收，而不会导致由于增加应力吸收层而引起的电解质层的有效面积减少。
而且，电解质层和上与下电极层的材料不限于该例子中的那些材料。
(例子20)
图48A是在制造过程的进展中例子20的电池平板的部分剖面图。图49A是相应于该剖面图的电池平板的部分平面图。图48B是当完成时例子20的电池平板的部分剖面图。图49B是相应于该剖面图的电池平板的部分平面图。
例子20是例子16的修改的例子。例子20的池平板具有在第一绝缘和应力吸收层602上的第二应力吸收层612A。但是，对于该第二应力吸收层612A，绝缘特性不是必需的。
在例子20中，淀积第一绝缘和应力吸收层602并使之形成图案，然后淀积第二应力吸收层612A并且使之形成图案。由于不具有绝缘特性的薄膜被用于第二应力吸收层612A，故第二应力吸收层612A被电解质层604覆盖，以便防止上和下电极层605和606的短路。
对于第二应力吸收层612A，可使用类似于例子19的第二应力吸收层611A的材料。
正如上面描述的，根据本发明，由于使用特定的衬底，和使用分层的结构等，其中形成具有绝缘特性和应力吸收功能的特别的绝缘层和应力吸收层并且形成规定的增强层，提供用于固体氧化物燃料电池的单电池和电池平板，其中电解质层的薄膜电阻是小的，可以充分地保证电力产生部分的面积，并且时常执行启动/停止的使用可靠性是高的，而且，提供了制造相同的单电池和电池平板，和使用该单电池的固体氧化物燃料电池的制造方法。
而且，根据本发明，可以提供用于固体氧化物燃料电池的单电池和电池平板，其中引出电力产生功能的衬底开口的面积是大的，产生功率输出强度是高的，不可能出现由于局部加热引起的破坏，并且可靠性是高的，还可提供制造该单电池和电池平板的方法，以及使用该单电池的固体氧化物燃料电池的制造方法。
日本专利申请P2000-360353(申请日：2000年11月27固)和P2001-111102(申请日2001年4月10日)在此引用供参考。虽然在上面参考本发明的某些实施例描述了本发明，但本发明不限于在上面描述的实施例。按照上面的教导，本领域的技术人员将想到对上面描述的实施例的修改和变化。
本发明的范围参见下列权利要求定义。
本发明的单电池和电池平板可用于固体氧化物燃料电池。而且，这个固体氧化物燃料电池可用作为小规模的发电器，并且可用作为移动的物体，比如各种便携装置、车辆或者船舶的电源。

Claims (18)

1.用于固体氧化物燃料电池的单电池，包括：
衬底，该衬底具有从它的上表面贯穿它的下表面的开口；
至少在该衬底的上表面上该开口的外部周围形成的绝缘和应力吸收层；
在该绝缘和应力吸收层上形成的并且覆盖该开口的下电极层；
在该下电极层上形成的固体电解质层；
在该电解质层上形成的上电极层；和
在该衬底的上表面、或者在该衬底的上面和在该开口一部分的上面形成的、并且具有覆盖该开口的框架的框架形图案和横过该开口的横杆形图案中的至少任何一种图案的增强层。
2.根据权利要求1的单电池，其中，所述开口的面积是S0，在该开口区域中增强层的面积是S22，且该开口的实质上的面积是S0-S22，则满足下列关系：
S22/(S0-S22)≤5
3.根据权利要求1和2中任何一项的单电池，其中，所述增强层的横杆形图案通过该开口中心的上面。
4.根据权利要求1和2中任何一项的单电池，其中，所述增强层具有由框架形图案和横杆形图案构成的合成图案，并且该合成图案相等地分开该开口。
5.根据权利要求1和2中任何一项的单电池，其中，所述增强层的厚度是100nm至100μm。
6.根据权利要求1和2中任何一项的单电池，其中，所述增强层设置在如下位置(1)至(5)中之一：
(1)在该衬底与该绝缘和应力吸收层之间；
(2)在该绝缘和应力吸收层与该下电极层之间；
(3)在该固体电解质层与该下电极层之间；
(4)在该固体电解质层与该上电极层之间；以及
(5)在该上电极层上。
7.根据权利要求6的单电池，其中，所述增强层设置在(1)该衬底与该绝缘和应力吸收层之间并且是用绝缘材料制造的。
8. 根据权利要求6的单电池，其中，所述增强层设置在(2)该绝缘和应力吸收层与下电极层之间并且是用绝缘材料和电极材料之一制造的。
9.根据权利要求6的单电池，其中，所述增强层设置在(3)该固体电解质层与下电极层之间并且是用固体电解质材料和电极材料之一制造的。
10.根据权利要求6的单电池，其中，所述增强层设置在(4)该固体电解质层与上电极层之间并且是用固体电解质材料和电极材料之一制造的。
11.根据权利要求6的单电池，其中，所述增强层设置在(5)上电极层上并且是用电极材料制造的。
12.根据权利要求1的单电池，其中，所述衬底是硅片。
13.根据权利要求1的单电池，其中，所述绝缘和应力吸收层包含由氧化硅、氮化硅、磷硅酸盐玻璃、硼磷硅酸盐玻璃、氧化铝、二氧化钛、氧化锆和氧化镁组成的组中选择的至少一种材料。
14.根据权利要求1的单电池，其中，所述增强层包含从一组中选择的至少一种材料，该组包括：氮化硅；磷硅酸盐玻璃；硼磷硅酸盐玻璃；氧化铝；二氧化钛；氧化锆；MgO；包含散布在其中的从Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的至少一种金属的玻璃；包含至少一种金属元素作为主要成分的金属，该金属元素是从Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的一种金属元素；以及包含散布在其中的从Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、W和Ta中选择的至少一种金属的CeO2基固溶体或者稳定的氧化锆。
15.用于固体氧化物燃料电池的电池平板，包括：
多个根据权利要求1至14中任何一项的单电池，各个所述单电池的衬底形成共用衬底，这些单电池在该共用衬底上二维地排列。
16.根据权利要求15的电池平板，其中，在该共用衬底上，固体电解质层形成区域、上电极层形成区域和下电极层形成区域中的一个被分成两个或者多个独立的区域。
17.根据权利要求15的电池平板，其中，增强层形成区域在该共用衬底上被分成两个或者多个区域。
18.一种固体燃料电池，包括：
一个或多个根据权利要求15至17中任何一项的电池平板；和
一个或多个平板形的隔板，每个隔板在它的一个表面上具有燃料气体通道且在它的另一个表面上具有含氧气体通道，
其中该电池平板和该隔板是交替地层叠的。
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