CN109755615B - 具有三维微纳结构的全固态薄膜燃料电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三维结构的全固态薄膜燃料电池的制备方法，包括以下步骤：在第一衬底的至少一表面沉积光刻胶层，对所述光刻胶层进行烘烤处理，制备得到第二衬底；在所述第二衬底背离所述第一衬底的表面上方放置掩膜板，对所述第二衬底进行光刻蚀处理，使所述第二衬底背离所述第一衬底的表面呈微纳结构；在所述第二衬底的微纳结构表面制备阳极及其集流体层；在所述阳极及其集流体层背离所述第二衬底的表面制备电解质层；在所述电解质层背离所述阳极及其集流体层的表面制备阴极及其集流体层；将得到的样品置于能够溶解光刻胶的有机溶剂中，清洗处理去除光刻胶材料，得到整体呈微纳结构的三维全固态薄膜燃料电池。

Description

具有三维微纳结构的全固态薄膜燃料电池的制备方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体点是固体氧化物燃料电池，尤其涉及一种具有三维微纳结构的全固态薄膜燃料电池的制备方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，其被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。固体氧化物燃料电池的工作原理与其他燃料电池相同，在原理上相当于水电解的“逆”装置，其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。工作时燃料电池相当于一个直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
现有的固体氧化物燃料电池主要采用传统的陶瓷成型方法制备支撑体，然后采用浆料浸涂法逐层制备其他的功能层，包括电解质薄膜或电极层等，通过多次高温烧结制，最终制备得到固体氧化物燃料电池。然而，传统的陶瓷制备工艺很难实现器件的微细结构成型，获得微米甚至纳米级别的精细结构。因此在体积上很难微小化。更为重要的是，因为烧结过程的不可控性，烧结过程胚体的收缩和变形很难达到微米甚至纳米级别的可控性。这样就很难制成微米甚至纳米级别的薄膜型而且具有空间三维结构的固体氧化物燃料电池。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有微纳结构的全固态薄膜燃料电池的制备方法，旨在解决现有制备全固态薄膜燃料电池的方法无法实现电池器件的微细结构的问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供一种全固态薄膜燃料电池的制备方法，所述全固态薄膜燃料电池具有三维微纳结构，且所述全固态薄膜燃料电池的制备方法包括以下步骤：
提供含硅的第一衬底，将所述第一衬底进行表面清洁处理；
在所述第一衬底的至少一表面沉积光刻胶层，对所述光刻胶层进行烘烤处理，制备得到第二衬底；
在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积金属镍和稀土元素掺杂的氧化铈或金属镍和稀土元素掺杂的氧化锆，制备阳极及其集流体层；
在所述阳极及其集流体层背离所述第二衬底的表面溅射沉积电解质材料，制备电解质层，所述电解质材料为稀土元素掺杂的氧化锆或稀土元素掺杂的氧化铈；
在所述电解质层背离所述阳极及其集流体层的表面溅射沉积钙钛矿结构的阴极催化材料，制备阴极及其集流体层；
在所述电解质层背离所述阴极及其集流体层的表面溅射沉积钙钛矿结构的阴极催化材料，制备阴极及其集流体层；
将得到的样品置于能够溶解光刻胶的有机溶剂中，清洗处理去除光刻胶材料，得到整体呈微纳结构的全固态薄膜燃料电池。
本发明提供的全固态薄膜薄膜电池的制备方法，在第一衬底上制备光刻胶层，对光刻胶层进行刻蚀处理，形成微纳结构表面后，在具有微纳结构表面的光刻胶上溅射阳极及其集流体层，在所述阳极及其集流体层表面依次溅射电介质层和阴极及其集流体层，最终得到具有微纳结构的全固态薄膜燃料电池。该方法先构建具有微纳结构表面的光刻胶层，然后通过可控性强的溅射和蒸镀工艺精准控制各层厚度，实现全固态薄膜燃料电池整体结构的微纳化，制备具有三维空间结构的全固体薄膜电池，突破传统平板型和管状型的形貌限定，从而提高电池的有效发电面积，大幅提升全固态薄膜燃料电池的功率密度。此外，本发明制备得到的全固态薄膜燃料电池，不需要衬底，实现了真正意义上的无衬底三维结构全固态薄膜薄膜电池。
附图说明
图1是本发明实施例提供的光刻蚀处理的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的光刻蚀处理的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的光刻蚀处理结束后的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的沉积完第二阴极及其集流体层后的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的去除光刻胶层的示意图；
图6是本发明实施例提供的全固态薄膜薄膜电池的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的全固态薄膜薄膜电池的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
结合图1-7，本发明实施例提供了一种全固态薄膜燃料电池的制备方法，所述全固态薄膜燃料电池具有三维微纳结构，且所述全固态薄膜燃料电池的制备方法包括以下步骤：
S01.提供含硅的第一衬底，将所述第一衬底进行表面清洁处理；
S02.在所述第一衬底的至少一表面沉积光刻胶层，对所述光刻胶层进行烘烤处理，制备得到第二衬底；
S03.在所述第二衬底背离所述第一衬底的表面上方放置掩膜板，对所述第二衬底进行光刻蚀处理，使所述第二衬底背离所述第一衬底的表面呈微纳结构；
S04.在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积金属镍和稀土元素掺杂的氧化铈或金属镍和稀土元素掺杂的氧化锆，制备阳极及其集流体层；
S05.在所述阳极及其集流体层背离所述第二衬底的表面溅射沉积电解质材料，制备电解质层，所述电解质材料为稀土元素掺杂的氧化锆或稀土元素掺杂的氧化铈；
S06.在所述电解质层背离所述阳极及其集流体层的表面溅射沉积钙钛矿结构的阴极催化材料，制备阴极及其集流体层；
S07.将得到的样品置于能够溶解光刻胶的有机溶剂中，清洗处理去除光刻胶材料，得到整体呈微纳结构的全固态薄膜燃料电池。
本发明实施例提供的全固态薄膜薄膜电池的制备方法，在第一衬底上制备光刻胶层，对光刻胶层进行刻蚀处理，形成微纳结构表面后，在具有微纳结构表面的光刻胶上溅射阳极及其集流体层，在所述阳极及其集流体层表面依次溅射电介质层和阴极及其集流体层，最终得到具有微纳结构的全固态薄膜燃料电池。该方法先构建具有微纳结构表面的光刻胶层，然后通过可控性强的溅射和蒸镀工艺精准控制各层厚度，实现全固态薄膜燃料电池整体结构的微纳化，制备具有三维空间结构的全固体薄膜电池，突破传统平板型和管状型的形貌限定，从而提高电池的有效发电面积，大幅提升全固态薄膜燃料电池的功率密度。此外，本发明实施例制备得到的全固态薄膜燃料电池，不需要衬底，实现了真正意义上的无衬底三维结构全固态薄膜薄膜电池。
具体的，上述步骤S01中，本发明实施例中，采用含硅材料作为第一衬底。在一些实施例中，所述第一衬底为硅衬底；在一些实施例中，所述第一衬底为二氧化硅衬底。在所述第一衬底表面沉积其他材料前，先对所述第一衬底进行表面清洁处理，以提高材料在第一衬底表面的附着力。
在一些实施例中，将所述第一衬底进行表面清洁处理的方法为：将所述第一衬底采用去离子水清洗，干燥后加热至400℃～600℃，保温0.5～1.5小时。在此高温条件下，能够有效清除所述第一衬底表面的残留物、杂质，使所述第一衬底表面清洁，有利于提高随后薄膜沉积的质量。在具体的实施例中，将所述第一衬底进行表面清洁处理的方法为：将所述第一衬底采用去离子水清洗，干燥后加热至500℃，保温0.5小时。
上述步骤S02中，在所述第一衬底的至少一表面沉积光刻胶层，所述光刻胶层中的光刻胶可以为正性光刻胶，也可以为负性光刻胶。在一些实施例中，所述光刻胶层可以通过溶液加工法制备，优选的，通过旋涂法将液态光刻胶沉积在所述第一衬底的表面，进一步的，对所述光刻胶层进行烘烤处理，得到的光刻胶层作为第二衬底。所述第二衬底作为微纳结构模板的物质基础，为后续全固态薄膜薄膜电池微纳结构的形成提供基础。
在一些具体实施例中，将光刻胶滴在所述第一衬底的中心，然后通过旋涂的方法将所述光刻胶均匀涂覆。在一些实施例中，将沉积光刻胶后的涂层置于低温炉中，在温度为100℃～200℃的条件下，烘烤0.5小时～1.5小时，使光刻胶快速固化。
上述步骤S03中，在所述第二衬底背离所述第一衬底的表面上方放置掩膜板，对所述第二衬底进行光刻蚀处理。具体的，所述掩膜板的设计与三维微纳结构的全固态薄膜薄膜电池预设的微纳结构对应。在一些实施例中，当所述光刻胶为正性光刻胶时，将全固态薄膜薄膜电池预设结构中凹陷部位设计为镂空结构，形成掩膜板。在一些实施例中，当所述光刻胶为负性光刻胶时，将全固态薄膜薄膜电池预设结构中凹陷部位以外的区域设计为镂空结构，形成掩膜板。值得注意的是，光刻处理的位置，不将刻蚀层材料完全刻蚀透，即刻蚀部位留有一定的厚度，此时，随后沉积的电池薄膜材料不会和所述第一衬底的氧化硅接触，因此在后续步骤中能够通过清洗掉光刻胶将电极材料与所述第一衬底分离。若刻蚀区域的光刻胶完全刻蚀，会造成在沉积第一沉底表面的电池材料直接与所述第一衬底的氧化硅接触，不利于最终将所述第一衬底去除。优选的，第二衬底被刻蚀部位的厚度为所述第二衬底厚度的1/5～3/5，更优选为第二衬底被刻蚀部位的厚度为所述第二衬底厚度的1/2。具体优选的，以所述第二衬底的厚度为1毫米计，刻蚀厚度为0.2～0.6毫米。
将所述掩膜板放置在所述第二衬底背离所述第一衬底的表面上方，所述掩膜板与所述第二衬底的距离可以根据实际需要形成的微纳结构的程度以及光照强度进行调整。特别的，为了避免生成的电池电极间的短路问题，在所述第二衬底背离所述第一衬底的表面上方放置掩膜板，对所述第二衬底进行光刻蚀处理的步骤中，所述掩膜板中镂空图案的宽度大于等于所述第二衬底的宽度。如果所述掩模板的宽度小于所述第二衬底的宽度，那么在第二衬底的边缘，沉积的电池材料会相互连接在一起，进而造成电池正极和负极电接触，造成电池的短路。如图2所示，即所述掩膜板的宽度(A')要等于或大于相应的电池的宽度(A)。
在一些实施例中，通过紫外光或极紫外光照射进行光刻蚀处理。在所述掩膜板的上方放置光源，所述光源发出的光通过掩膜板的镂空处照射至所述第二衬底的表面，其纵向截面图如图1所示。其中，所述刻蚀处理为紫外光刻蚀处理或所述刻蚀处理为极紫外光刻蚀处理。所述刻蚀处理的时间可根据需要光刻成型的微纳结构的深度进行对应的调整。将所述第二衬底中经光刻蚀处理后的可溶性材料去除，使所述第二衬底背离所述第一衬底的表面呈微纳结构，作为全固态薄膜薄膜电池微纳结构的结构基础，其纵向截面图如图3所示。本发明实施例所述微纳结构的形状没有严格限定，在一些实施例中，所述微纳结构为微纳矩阵结构(对应图6结构)；在一些实施例中，所述微纳结构为微纳曲面结构(对应图7结构)。
上述步骤S04中，将含有第一衬底和第二衬底的样品放置真空溅射室，在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积阳极及其集流体材料，制备阳极及其集流体层。由于真空溅射能够精确控制膜层厚度，从而保证得到的膜层各处厚度一致，进而能够精确复制所述第二衬底表面的微纳结构。全固态薄膜薄膜电池中，所述阳极及其集流体材料为金属镍和稀土元素掺杂的氧化铈或金属镍和稀土元素掺杂的氧化锆，金属镍和稀土元素掺杂的氧化铈或金属镍和稀土元素掺杂的氧化锆具有较高的催化活性，同时成本较低。
在一些实施例中，所述阳极及其集流层的厚度为100～500微米。
在一些实施例中，在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积金属镍和稀土元素掺杂的氧化铈或金属镍和稀土元素掺杂的氧化锆的步骤在安装有双靶材的真空沉积室进行，且溅射条件为：提供Ni靶和SDC靶或者提供Ni靶和GDC靶，调节靶材和样品之间的距离为100～300毫米，往真空沉积室内通入氩气和氧气混合的等离子气体，调节真空室气压为10- 2Torr～10-4Torr，控制电压功率为500W～1000W，在温度为400℃～700℃的条件下，在所述第二衬底的微纳结构表面溅射金属镍和稀土元素掺杂的氧化铈或金属镍和稀土元素掺杂的氧化锆；薄膜沉积完后，在温度为500℃～700℃的条件进行退火处理0.5小时-1小时，制备阳极及其集流体层。通过该方法制备得到的阳极及其集流体层不仅密度高，薄膜成分均一，而且薄膜形貌一致，从而便于后续其它薄膜高质量的沉积在其表面，促使薄膜和薄膜之间形成均匀的衔接界面。此外，通过上述方法制备得到的阳极及其集流体层，薄膜不易脱落，且由于膜层质量高，界面电阻减小，从而提高电池的传导率及其总体的电池电导率及其性能。
上述步骤S05中，在所述阳极及其集流体层背离所述第二衬底的表面溅射沉积电解质材料，制备电解质层。由于真空溅射能够精确控制膜层厚度，从而保证得到的膜层各处厚度一致，进而能够精确复制所述第二衬底表面的微纳结构。全固态薄膜薄膜电池中，所述电解质材料为稀土元素掺杂的氧化锆或稀土元素掺杂的氧化铈。所述稀土元素掺杂的氧化锆或稀土元素掺杂的氧化铈作为电解质材料，在工作温度下具有较高的氧离子电导率。
在一些实施例中，所述电解质层的厚度为10nm～50nm。
在一些实施例中，在所述阳极及其集流体层背离所述第二衬底的表面溅射沉积电解质材料稀土元素掺杂的氧化锆或稀土元素掺杂的氧化铈的步骤在真空沉积室进行，且溅射条件为：调节靶材和样品之间的距离为100～200毫米，往真空沉积室内通入氩气和氧气混合的等离子气体，调节真空室气压为10-3Torr～10-4Torr，控制电压功率为200W～500W，在温度为300℃～500℃的条件下，在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积电解质材料稀土元素掺杂的氧化锆或稀土元素掺杂的氧化铈；薄膜沉积完后，在温度为300℃～500℃的条件下，退火处理0.5小时-1小时，制备电解质层。通过该方法制备得到的电解质层不仅密度高，薄膜成分均一，而且薄膜形貌一致，从而便于后续阴极及其集流体层的沉积。且由于得到的电解质层膜层质量高，薄膜不易脱落，且薄膜和薄膜之间能够形成均匀的衔接界面，从而减小界面电阻，提高电池的传导率及其总体的电池电导率及其性能。
上述步骤S06中，在所述电解质层背离所述阳极及其集流体层的表面溅射沉积阴极及其集流体材料，制备阴极及其集流体层。由于真空溅射能够精确控制膜层厚度，从而保证得到的膜层各处厚度一致，进而能够精确复制所述第二衬底表面的微纳结构。全固态薄膜薄膜电池中，所述阴极及其集流体材料为钙钛矿结构的阴极催化材料。具体优选的，所述钙钛矿结构的阴极催化材料选自LSM(La1-zSrzMnO3)、LSCF(La1-xSrxCo1-yFeyO3)中的至少一种，其中，0<x<1，0<y<1，0<z<1。优选的LSM、LSCF均为ABO3型稀土钙钛矿物，具有较高的催化活性。
在一些实施例中，所述阴极及其集流层的厚度为100～500微米。
在一些实施例中，在所述电解质层背离所述阳极及其集流体层的表面溅射沉积钙钛矿结构的阴极催化材料的步骤在具有多靶材的真空沉积室进行，且溅射条件为：提供钙钛矿结构的阴极催化材料靶材，调节靶材和基板之间的距离为100～300毫米，往真空沉积室内通入氩气和氧气混合的等离子气体，调节真空室气压为10-2Torr～10-4Torr，控制电压功率为500W～1000W，在温度为400℃～700℃的条件下，在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积钙钛矿结构的阴极催化材料；薄膜沉积完后，在温度为300℃～500℃的条件下，退火处理0.5小时-1小时，制备阴极及其集流体层。通过该方法制备得到的阴极及其集流体层不仅密度高，薄膜成分均一，而且薄膜形貌一致。
作为一个具体实施例，所述钙钛矿结构的阴极催化材料为La1-xSrxCo1-yFeyO3，在所述电解质层背离所述阳极及其集流体层的表面溅射沉积钙钛矿结构的阴极催化材料的步骤在具有多靶材的真空沉积室进行，溅射过程中，供LaOx靶、SrOx靶和MnOx靶，或者提供LaOx靶、SrOx靶、CoOx靶和FeOx，调节靶材和基板之间的距离为100～300毫米，往真空沉积室内通入氩气和氧气混合的等离子气体，调节真空室气压为10-2Torr～10-4Torr，控制电压功率为500W～1000W，在温度为400℃～700℃的条件下，在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积LaSrCoFeOx；薄膜沉积完后，在温度为300℃～500℃的条件下，退火处理0.5小时-1小时，制备阴极及其集流体层。
由于真空溅射能够精确控制膜层厚度，从而保证得到的膜层各处相等，进而能够精确复制所述第二衬底表面的微纳结构，得到的结构的纵向截面图如图4所示。
上述步骤S07中，将得到的样品置于能够溶解光刻胶的有机溶剂中，清洗处理去除光刻胶材料，得到整体呈微纳结构的全固态薄膜薄膜电池，其纵向截面示意图如图5所示，得到的全固态薄膜薄膜电池纵向结构切面图结构如图6、如图7所示。优选的，所述有机溶剂为丙酮。
在优选实施例中，所述全固态薄膜燃料电池的制备在由多个真空溅射腔组成的一体设备中制备完成，且相邻的所述真空溅射腔通过真空连接腔连接。
对应的，结合图6、图7，本发明实施例提供了一种全固态薄膜薄膜电池，所述全固态薄膜薄膜电池为具有三维微纳结构的全固态薄膜薄膜电池，所述全固态薄膜薄膜电池包括薄膜电池复合功能层，
所述薄膜电池复合功能层包括具有微纳结构的阳极及其集流体层1，在阳极及其集流体层1的表面设置电解质层2，在电解质层2背离阳极及其集流体层1的表面设置的阴极及其集流体层3，且阳极及其集流体层1各处厚度相等，电解质层2各处厚度相等，阴极及其集流体层3的各处厚度相等。
各层的材料及其优选情形如上文所述，为了节约篇幅，此处不再赘述。
本发明实施例提供的全固态薄膜薄膜电池，突破传统全固态薄膜薄膜电池平面二维的形貌限定，为具有三维微纳结构的全固态薄膜薄膜电池。具有三维微纳结构的全固态薄膜薄膜电池可以提高电池的有效发电面积，大幅提升全固态薄膜薄膜电池的功率密度。同时，本发明实施例采用特定的材料组成所述全固态薄膜薄膜电池的薄膜电池复合功能层，可以有效提高电池的电化学性能，尤其是表观的功率密度。相较于传统的薄膜电池(在二维平面上沉积薄膜形成的薄膜电池)，本发明实施例提供的具有三维微纳结构的全固态薄膜薄膜电池不仅空间利用率低，而且表观功率密度有限。具体的，所述具有三维微纳结构的全固态薄膜薄膜电池在有限的空间范围内大幅度的提高了电池薄膜的表面积，也相应的增大了电池反应的界面，从而使得所述具有三维微纳结构的全固态薄膜薄膜电池的表观功率密度(W/cm2)相对于传统的薄膜薄膜电池(平面二维结构)可以提高150～200％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全固态薄膜燃料电池的制备方法，其特征在于，所述全固态薄膜燃料电池具有三维微纳结构，且所述全固态薄膜燃料电池的制备方法包括以下步骤：
提供含硅的第一衬底，将所述第一衬底进行表面清洁处理；
在所述第一衬底的至少一表面沉积光刻胶层，对所述光刻胶层进行烘烤处理，制备得到第二衬底；
在所述第二衬底背离所述第一衬底的表面上方放置掩膜板，对所述第二衬底进行光刻蚀处理，使所述第二衬底背离所述第一衬底的表面呈微纳结构；所述第二衬底的厚度为1mm，刻蚀厚度为0.2-0.6mm；
在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积金属镍和稀土元素掺杂的氧化铈或金属镍和稀土元素掺杂的氧化锆，制备阳极及其集流体层；
在所述阳极及其集流体层背离所述第二衬底的表面溅射沉积电解质材料，制备电解质层，所述电解质材料为稀土元素掺杂的氧化锆或稀土元素掺杂的氧化铈；
在所述电解质层背离所述阳极及其集流体层的表面溅射沉积钙钛矿结构的阴极催化材料，制备阴极及其集流体层；
将得到的样品置于能够溶解光刻胶的有机溶剂中，清洗处理去除光刻胶材料和所述第一衬底，得到整体呈微纳结构的全固态薄膜燃料电池；
所述阳极及其集流层的厚度为100～500微米，所述阴极及其集流层的厚度为100～500微米；
在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积金属镍和稀土元素掺杂的氧化铈或金属镍和稀土元素掺杂的氧化锆的步骤在安装有双靶材的真空沉积室进行，且溅射条件为：提供Ni靶和SDC靶或者提供Ni靶和GDC靶，调节靶材和样品之间的距离为100～300毫米，往真空沉积室内通入氩气和氧气混合的等离子气体，调节真空室气压为10-2Torr～10-4Torr，控制电压功率为500W～1000W，在温度为400℃～700℃的条件下，在所述第二衬底的微纳结构表面溅射金属镍和稀土元素掺杂的氧化铈或金属镍和稀土元素掺杂的氧化锆；薄膜沉积完后，在温度为500℃～700℃的条件进行退火处理0.5小时-1小时，制备阳极及其集流体层；
所述钙钛矿结构的阴极催化材料为La1-xSrxCo1-yFeyO3，且在所述电解质层背离所述阳极及其集流体层的表面溅射沉积钙钛矿结构的阴极催化材料的步骤在具有多靶材的真空沉积室进行，且溅射条件为：提供LaOx靶、SrOx靶和MnOx靶，或者提供LaOx靶、SrOx靶、CoOx靶和FeOx，调节靶材和基板之间的距离为100～300毫米，往真空沉积室内通入氩气和氧气混合的等离子气体，调节真空室气压为10-2Torr～10-4Torr，控制电压功率为500W～1000W，在温度为400℃～700℃的条件下，在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积钙钛矿结构的阴极催化材料；薄膜沉积完后，在温度为300℃～500℃的条件下，退火处理0.5小时-1小时，制备阴极及其集流体层。
2.如权利要求1所述的全固态薄膜燃料电池的制备方法，其特征在于，在所述第二衬底背离所述第一衬底的表面上方放置掩膜板，对所述第二衬底进行光刻蚀处理的步骤中，所述掩膜板中镂空图案的宽度大于等于所述第二衬底的宽度。
3.如权利要求1所述的全固态薄膜燃料电池的制备方法，其特征在于，在所述阳极及其集流体层背离所述第二衬底的表面溅射沉积电解质材料的步骤在真空沉积室进行，且溅射条件为：调节靶材和样品之间的距离为100～200毫米，往真空沉积室内通入氩气和氧气混合的等离子气体，调节真空室气压为10-3Torr～10-4Torr，控制电压功率为200W～500W，在温度为300℃～500℃的条件下，在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积电解质材料稀土元素掺杂的氧化锆或稀土元素掺杂的氧化铈；薄膜沉积完后，在温度为300℃～500℃的条件下，退火处理0.5小时-1小时，制备电解质层。
4.如权利要求1所述的全固态薄膜燃料电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿结构的阴极催化材料选自La1-zSrzMnO3、La1-xSrxCo1-yFeyO3中的至少一种，其中，0<x<1，0<y<1，0<z<1。
5.如权利要求1至4任一项所述的全固态薄膜燃料电池的制备方法，其特征在于，将得到的样品置于能够溶解光刻胶的有机溶剂中，清洗处理去除光刻胶材料的步骤中，所述有机溶剂为丙酮。
6.如权利要求1至4任一项所述的全固态薄膜燃料电池的制备方法，其特征在于，所述全固态薄膜燃料电池的制备在由多个真空溅射腔组成的一体设备中制备完成，且相邻的所述真空溅射腔通过真空连接腔连接。
7.如权利要求1至4任一项所述的全固态薄膜燃料电池的制备方法，其特征在于，所述电解质层的厚度为10nm～50nm。
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