TW201622228A - 三維薄膜電池 - Google Patents

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Abstract

一種薄膜電池可以包含：包含基板表面的基板；被形成在該基板表面上的第一集電器(FCC)層，該FCC層具有第一FCC表面和第二FCC表面，並且其中該第一FCC表面與該基板接觸，而且該第二FCC表面為第一三維表面；被沉積在該第一集電器上的第一電極層，以及被沉積在該第一電極層上的電解質層；其中該第一電極層與該電解質層之間的界面為第二三維表面，該第二三維表面大致與該第一三維表面共形。在實施例中，該基板表面為第三三維表面，而且該第一三維表面大致與該第三三維表面共形。該第一三維表面或該第三三維表面中之一者可以藉由雷射剝蝕圖案化製程形成。

Description

三維薄膜電池
本申請案主張2014年8月27日提出申請的美國臨時申請第62/042,557號之權益。
本揭示之實施例大體而言係關於薄膜電池及其製造方法，更具體言之、但並不排他，係關於其中一個基板的表面和集電器係藉由雷射處理三維重建的薄膜電池。
薄膜電池(TFBs)可以包含多個層的薄膜堆疊，該等層包括集電器、陰極(正極)、固態電解質及陽極(負極)。薄膜電池通常被製造成二維(2D)裝置，而且電池的性能(例如比率能力和容量利用率)會受限於Li在嵌入/脫嵌製程期間必須擴散通過的陰極-電解質和陽極-電解質界面之表面積。此外，習知薄膜電池會在各個界面及製造和操作的各個階段出現剝離/脫層，該等階段例如陰極退火之後、電解質沉積之後、陽極沉積之後、封裝沉積之後、或在電池循環測試期間。
明顯地，需要有在薄膜電池堆疊的層之間誘生更大黏著強度並在陰極與電解質及/或陽極與電解質之間提供更大界面表面積以提高電池性能的薄膜電池結構及製造方法。
本揭示的一些實施例係關於薄膜電池(TFBs)，且其中一個基板的表面和集電器係在電池薄膜堆疊製造期間藉由雷射處理三維重建，隨後沉積後續的層，使得陰極/陽極與電解質之間的界面接觸區域為大致與基板/集電器之三維重建表面共形的三維表面。當與具有平面界面層的薄膜電池堆疊相比時，預期在陰極/陽極層與電解質層之間生成的三維結構界面可改良薄膜電池性能(例如比率能力和容量利用率)，並將薄膜電池堆疊內的層之間的黏著強度提高到足以減少剝離/脫層。
依據一些實施例，一種薄膜電池可以包含：包含基板表面的基板；被形成在該基板表面上的第一集電器(FCC)層，該FCC層具有第一FCC表面和第二FCC表面，並且其中該第一FCC表面與該基板接觸，而且該第二FCC表面為第一三維表面；被沉積在該第一集電器上的第一電極層，以及被沉積在該第一電極層上的電解質層；其中該第一電極層與該電解質層之間的界面為第二三維表面，該第二三維表面大致與該第一三維表面共形。此外，在實施例中，該基板表面為第三三維表面，而且該第一三維表面大致與該第三三維表面共形。
依據一些實施例，一種製造薄膜電池的方法可以包含以下步驟：提供基板；三維重建該基板之表面以形成重建基板表面；在該重建基板表面上沉積第一集電器(FCC)層；在該FCC層上沉積電極層；以及在該電極 層上沉積電解質層；其中該電極層與該電解質層之間的界面為第一三維表面，該第一三維表面大致與該重建基板表面共形。
依據一些進一步的實施例，一種製造薄膜電池的方法可以包含以下步驟：提供基板；在該基板之表面上沉積第一集電器(FCC)層；三維重建該FCC層之表面以形成重建FCC表面；在該重建FCC表面上沉積第一電極層；以及在該第一電極層上沉積電解質層；其中該第一電極層與該電解質層之間的界面為第一三維表面，該第一三維表面大致與該重建FCC表面共形。
依據一些實施例，一種依據一些實施例用於製造薄膜電池的設備可以包括：第一系統，用於三維重建該基板之表面以形成重建基板表面；第二系統，用於在該重建基板表面上沉積第一集電器(FCC)層；第三系統，用於在該FCC層上沉積電極層；以及第四系統，用於在該電極層上沉積電解質層；其中該電極層與該電解質層之間的界面為第一三維表面，該第一三維表面大致與該重建基板表面共形。該第一系統可以包含例如雷射剝蝕圖案化系統，在實施例中該第一系統可以包含離子濺射系統，而且在實施例中該第一系統可以包含機械粗糙化系統(例如珠擊機)。
依據一些進一步的實施例，一種依據一些實施例用於製造薄膜電池的設備可以包括：第一系統，用於在該基板之表面上沉積第一集電器(FCC)層；第二系統， 用於三維重建該FCC層之表面以形成重建FCC表面；第三系統，用於在該重建FCC表面上沉積第一電極層；以及第四系統，用於在該第一電極層上沉積電解質層；其中該第一電極層與該電解質層之間的界面為第一三維表面，該第一三維表面大致與該重建FCC表面共形。該第二系統可以包含例如雷射剝蝕圖案化系統，在實施例中該第二系統可以包含離子濺射系統，而且在實施例中該第二系統可以包含機械粗糙化系統(例如珠擊機)。
110‧‧‧基板
115‧‧‧圓錐形特徵
120‧‧‧陰極集電器
130‧‧‧陰極層
140‧‧‧電解質層
150‧‧‧陽極層
160‧‧‧陽極集電器(ACC)
310‧‧‧基板
320‧‧‧CCC
330‧‧‧陰極層
340‧‧‧電解質層
350‧‧‧陽極層
360‧‧‧ACC
500‧‧‧處理系統
501‧‧‧標準機械介面(SMIF)
502‧‧‧群集工具
503‧‧‧反應電漿清洗(RPC)腔室
504‧‧‧處理室
505‧‧‧處理室
506‧‧‧處理室
507‧‧‧處理室
508‧‧‧手套箱
509‧‧‧前置腔室
600‧‧‧在線製造系統
601‧‧‧工具
602‧‧‧真空氣鎖
630‧‧‧工具
640‧‧‧工具
650‧‧‧工具
699‧‧‧工具
701‧‧‧輸送帶
702‧‧‧基板托架
703‧‧‧基板
對於所屬技術領域中具有通常知識者而言，在結合附圖檢閱以下具體實施例的描述之後，本揭示的這些和其他態樣及特徵將變得顯而易見，在附圖中：第1A圖為依據一些實施例包括重建基板的薄膜電池之剖面圖，該重建基板具有三維重建基板表面；第1B圖圖示第1A圖的重建基板之立體圖；第2圖為依據一些實施例用於製造具有重建基板的薄膜電池之流程圖，該重建基板具有三維重建表面；第3圖為依據一些實施例包括重建陰極集電器的薄膜電池之剖面圖，該重建陰極集電器具有三維重建集電器表面；第4圖為依據一些實施例用於製造包括重建陰極集電器的薄膜電池之流程圖，該重建陰極集電器具有三維重建集電器表面； 第5圖為依據一些實施例用於薄膜電池製造的群集工具之示意圖；第6圖為依據一些實施例具有多個在線工具的薄膜電池製造系統之圖像；以及第7圖為依據一些實施例第6圖的在線工具之圖像。
現在將參照圖式詳細地描述本揭示的實施例，提供圖式作為本揭示的說明性實例，以便使所屬技術領域中具有通常知識者能夠實施本揭示。值得注意的是，圖式和以下的實例無意將本揭示的範圍限制於單一實施例，而是藉由交換一些或全部的描述或圖示元件的方式，其他實施例也是可能的。此外，當本揭示的某些元件可以使用習知元件來部分或完全實施時，將只描述這種習知元件的那些用於理解本揭示所必需的部分，而且將省略這種習知元件的其他部分之詳細描述，以免混淆本揭示。在本說明書中，顯示單數元件的實施例不應被視為是限制性的；相反地，本揭示意圖涵蓋其他包括複數個相同元件的實施例，反之亦然，除非本文中另有明確的陳述。此外，申請人無意將說明書或申請專利範圍中的任何術語歸於罕見或特殊的含義，除非明確闡述為如此。此外，本揭示涵蓋本文中以說明的方式指稱的習知元件之目前和未來的習知均等物。
本揭示的一些實施例係關於薄膜電池(TFBs)，且其中一個基板的表面和陰極集電器(CCC)係在電池薄膜堆疊製造期間藉由雷射處理三維重建，隨後沉積後續的層，使得陰極與電解質之間的界面接觸區域為大致與基板/CCC之三維重建表面共形的三維表面。此外，在一些實施例中，電解質-陽極和陽極-ACC的界面也可以是大致與重建基板/CCC之三維重建表面共形的三維表面。當與具有平面界面層的薄膜電池堆疊相比時，預期在陰極層與電解質層和電解質層與陽極層之間生成的三維結構界面可改良薄膜電池的性能(例如比率能力和容量利用率，尤其是在較高的充/放電速率下)，並將薄膜電池堆疊內的層之界面黏著提高到足以減少剝離/脫層。(粗糙化層之間的界面會在界面誘生「機械包裝」，以得到更大的黏著強度。)此外，預期在陰極層與電解質層之間的三維結構界面可在界面處增加對LiCoO2陰極層中的多晶晶粒結構之(003)平面的使用，從而降低在電池使用期間對鋰嵌入/脫嵌的阻力。
第1A圖和第1B圖圖示具有依據本揭示之實施例製造的垂直堆疊的薄膜電池之實例，該垂直堆疊具有三維重建基板表面。在第1A圖中，該垂直堆疊包含：重建基板110，基板表面已藉由雷射處理三維重建；被沉積在該重建基板之表面上的陰極集電器120；被沉積在該陰極集電器上的陰極層130；被沉積在該陰極層上的電解質層140；被沉積在該電解質層上的陽極層150；以及被沉 積在該陽極層上的陽極集電器(ACC)160。應當指出的是，CCC與該陰極層之間及該陰極層與該電解質層之間的界面為大致與該重建基板之三維重建表面共形的三維表面。本文中的術語「大致與...共形」係用以具體指明沉積層的表面重現該三維重建表面之大致形狀，因為該三維重建表面與討論中的表面之間的一個層或多個層每層皆提供完全的覆蓋，但覆蓋該三維重建表面中的特徵之側壁和底部表面的層厚度小於覆蓋原始表面和場區之殘存部分的層厚度。此外，在一些實施例中，電解質-陽極和陽極-ACC的界面也可以是與重建基板之三維重建表面大致共形的三維表面-如第1A圖所圖示。薄膜電池還可以包括例如保護塗層和電觸點。第1A圖的立體圖圖示在基板110之重建表面上的圓錐形特徵115(例如截頭圓錐)之陣列，然而重建基板表面的特徵可以在大小、形狀、間距及配置上與圖中所示的不同。該特徵可以包括例如圓柱形特徵、梯形特徵、球狀特徵、通孔、溝槽、及圓形凹部；為了在通孔和溝槽中實現令人滿意的階梯覆蓋，可以利用正凹形(特徵頂部的寬度或直徑大於底部的寬度或直徑)。特徵尺寸(如在平行於基板原始表面的平面中測得的)可以是幾微米到幾十微米。此外，這些特徵可被定位在規則的陣列中-例如正方格-而且在實施例中，這些特徵可以被隨機定位。特徵的密度可以廣泛地變化-最高密度對應於緊密堆積陣列。在實施例中，50%以上的基板或CC表面是藉由形成本文所述的特徵來重建。特徵 的深度(在垂直於基板之原始表面的方向上量測)將受限於基板的厚度-75%基板厚度的限值是合理的上限，然而這可以視需要改變，以保持基板的機械完整性。此外，在實施例中，特徵的深度大於或等於基板厚度的25%。另外，在實施例中，特徵的深度大於或等於5微米。例如，在實施例中，20微米厚的基板可以具有深度在大於或等於5微米且小於15微米的範圍內的特徵。
第2圖提供依據一些實施例用於製造如第1A圖和第1B圖圖示的薄膜電池之製程流程，該薄膜電池包括三維重建基板表面。用於製造薄膜電池的製程流程可以包括：提供基板(201)；藉由雷射處理三維重建該基板的表面(202)以形成重建基板；在該重建基板上沉積陰極集電器(203)；在該陰極集電器上沉積陰極層(204)；以及在該陰極層上沉積電解質層(205)；其中該陰極層與該電解質層之間的界面為大致與該重建基板之三維重建表面共形的三維表面。電池的製造可以以沉積例如陽極、陽極集電器(ACC)、保護塗層及電觸點來完成(206)。如以上參照第1A圖提到的，當電解質和陽極的沉積是到它們被沉積到的層上時，電解質-陽極和陽極-ACC的界面也可以是大致與該重建基板之三維重建表面共形的三維表面。
強烈吸收雷射能量的基板材料可適用於以上參照第2圖描述的製程；一些例示的基板材料是Si、Al、不銹鋼等。對於這些基板，使用雷射能量源來重建名義上 平面的基板表面，以在表面上形成三維特徵。使用的雷射處理通量(通常<2J/cm2，取決於CCC的材料)低於材料的剝蝕臨界值但高於材料的熔化臨界值-通常將小於0.4J/cm2的通量使用於Au。使用這種通量水平雷射照射基板表面導致三維特徵形成，該三維特徵例如錐形表面結構，然而這些三維特徵的形狀、高度、及密度可以藉由調整雷射處理參數來控制，雷射處理參數例如波長、通量、脈衝頻率、照射次數等。通常將高功率(例如>100W)奈秒脈衝雷射、或甚至微秒脈衝雷射使用於此表面重建製程。用於此製程的雷射系統可以是具有光束均化器的雷射投影系統，光束均化器通常被設計用於準分子雷射。在其他的實施例中，雷射系統可以是具有光束成形器的雷射掃描系統，該光束成形器設以將雷射能量均勻地遞送到樣品表面上。依據一些實施例可以使用類型和操作波長範圍廣泛的雷射(例如IR(紅外光)、綠光及UV)。除了其他因素之外，適當的雷射波長和操作參數將取決於正在進行雷射表面重建的材料之光學性質(吸收率vs.波長)。例如，可以使用綠光雷射來切割/塑形陶瓷基板、金屬、雲母、Si等，可以使用CO2雷射來分割玻璃基板，而且預期的是，UV雷射也可以能夠對這些基板標記/塑形。
第3圖圖示具有依據本揭示之實施例製造的垂直堆疊的薄膜電池之實例，該垂直堆疊具有三維重建CCC表面。在第3圖中，該垂直堆疊包含：基板310；被 形成在該基板之表面上的重建CCC 320，CCC的表面已被三維重建；被沉積在該重建CCC上的陰極層330；被沉積在該陰極層上的電解質層340；被沉積在該電解質層上的陽極層350；以及被沉積在該陽極層上的ACC 360。應當指出的是，在該陰極層與該電解質層之間的界面是大致與重建基板之三維重建表面共形的三維表面。此外，在一些實施例中，電解質-陽極和陽極-ACC的界面也可以是大致與三維重建CCC表面共形的三維表面。該薄膜電池還可以包括例如保護塗層和電觸點。上述第1A圖的立體圖表示CCC的三維重建表面；在第3圖中將CCC的重建表面之特徵圖示為圓錐形特徵，然而重建基板表面的特徵可以在大小、形狀、間距及配置上與圖中所示的不同，而且可以包括例如圓柱形特徵、梯形特徵、球形特徵及隨機放置的特徵。
第4圖提供依據一些實施例用於製造如第3圖圖示的薄膜電池之製程流程，該薄膜電池包括三維重建的CCC表面。用於製造薄膜電池的製程流程可以包括以下步驟：提供基板(401)；在重建基板上沉積CCC(402)；三維重建CCC的表面(403)以形成重建CCC；在該重建CCC上沉積陰極層(404)；以及在該陰極層上沉積電解質層(405)；其中該陰極層與該電解質層之間的界面為大致與該重建CCC之三維重建表面共形的三維表面。電池的製造可以以沉積例如陽極、陽極集電器(ACC)、保護塗層及電觸點來完成(406)。如以上 參照第3圖提到的，電解質-陽極和陽極-ACC的界面也可以是大致與該重建CCC之三維重建表面共形的三維表面。
CCC的表面可以藉由本文中更詳細描述的雷射處理重建，或者可以使用另一種處理，例如機械粗糙化(例如噴珠)、電漿處理及離子轟擊。注意到的是，這些非熱的其他處理中的一些處理可適用於三維重建陰極及/或電解質的相和結晶度需要被保留的陰極及/或電解質表面。
陰極集電器通常是由被沉積到厚度約0.5微米或更厚的金屬層形成，並強烈吸收雷射能量，而且適用於以上參照第4圖描述的製程；一些例示的CCC材料是具有一些黏著層的Au或Pt等。對於這些基板，使用雷射能量源來重建名義上平面的CCC表面，以在表面上形成三維特徵。使用的雷射處理通量(通常<2J/cm2，取決於CCC的材料)低於材料的剝蝕臨界值但高於材料的熔化臨界值-通常將小於2J/cm2的通量使用於Ti和Au。使用這種通量水平雷射照射基板表面導致三維特徵形成，該三維特徵例如錐形表面結構，然而這些三維特徵的形狀、高度、及密度可以藉由調整雷射處理參數來控制，雷射處理參數例如波長、通量、脈衝頻率、照射次數等。通常將高功率(例如>100W)奈秒脈衝雷射、或甚至微秒脈衝雷射使用於此表面重建處理。注意到的是，這個實施例非常適合被形成在透明基板(例如玻璃、石英、雲 母等)上的薄膜電池，然而本實施例並不限於使用這些基板，而且對於例如非透明基板也同樣有效用。
應當指出的是，基板和CCC表面可以使用傳統的光罩成像隨後進行濕及/或電漿蝕刻來重建。然而，當與本文揭示的實施例之製程相比，這種作法只可立即用於有限數量的材料，例如矽，而且涉及多個步驟，並對薄膜電池產品的製造增加了顯著的成本。此外，發明人已評估了在電解質沉積之前雷射重建LiCoO2陰極層，而且確定LiCoO2陰極層的雷射重建會導致LiCoO2層相分離成高溫(HT)LCO和Co3O4，此舉整體負面地影響了電池的性能，因此對於薄陰極的薄膜電池是非常不理想的。(雜質相Co3O4對電池充電容量不利，而且也對循環壽命不利。)
陰極層的實例是LiCoO2層，陽極層的實例是Li金屬層，電解質層的實例是LiPON層。然而，預期的是，可以使用範圍廣泛的陰極材料，例如NMC(NiMnCo氧化物)、NCA(NiCoAl氧化物)、LMO(LixMnO2)、LFP(LixFePO4)、LiMn尖晶石等，可以使用範圍廣泛的陽極材料，例如Si、Sn、C等，而且可以使用範圍廣泛的含鋰電解質材料，例如LLZO(LiLaZr氧化物，例如Li7La3Zr2O12)、LiSiCON、Ta2O5等。用於這些層的沉積技術可以是任何能夠提供所需成分、相及結晶度的沉積技術，而且可以包括諸如PVD(物理氣相沉積)、反應濺射、不反應濺射、RF(射頻)濺射、多頻 濺射、蒸鍍、CVD(化學氣相沉積)、ALD(原子層沉積)等沉積技術，而且當可以應用非真空技術時，沉積技術還可以包括槽模塗佈、電漿噴塗、噴霧熱解、電鍍、基於漿料的網印等。
第5圖為依據一些實施例用於製造薄膜電池的處理系統500之示意圖。處理系統500包括到群集工具502的標準機械介面(SMIF)501，群集工具502配備有可在上述製程步驟中利用的反應電漿清洗(RPC)腔室503及處理室C1-C4(504、505、506及507)。也可以將手套箱508附接於該群集工具。手套箱可以將基板保存在惰性環境中(例如在諸如He、Ne或Ar等稀有氣體之下)，此舉在鹼金屬/鹼土金屬沉積之後是有用的。若需要的話還可以使用到手套箱的前置腔室509-前置腔室是氣體交換腔室(惰性氣體到空氣，反之亦然)，前置腔室允許基板被傳送進出手套箱而不污染手套箱中的惰性環境。(請注意，可以將手套箱置換成露點足夠低的乾燥室內環境，此為鋰箔製造商所使用的。)腔室C1-C4可被設置用於製造薄膜電池的製程步驟，該等製程步驟可以包括例如：在基板上沉積CCC，接著藉由雷射處理三維重建CCC的表面，接著在重建的CCC表面上沉積陰極層，接著在該陰極層上沉積電解質層(例如在N2中RF濺射Li3PO4靶材所得的LiPON)，如上所述。(請注意，該三維重建可以在本文所述的群集工具中完成，或者可以在獨立的工具中完成。)適當的群集工具平台之實例包括 顯示器群集工具。應當理解的是，雖然已圖示出群集配置的處理系統500，但也可以使用線性系統，其中處理室被配置在沒有移送室的產線中，使得基板從一個腔室連續移動到下一個腔室。
第6圖圖示依據一些實施例具有多種在線工具601至699(包括工具630、640、650)的在線製造系統600之圖像。在線工具可以包括用於沉積薄膜電池的所有層的工具、及用於三維重建基板和CCC中之一者的表面的工具。此外，在線工具可以包括預調理和後調理腔室。例如，工具601可以是抽空腔室，用於在基板移動通過真空氣鎖602進入沉積工具之前建立真空。一些或全部的在線工具都可以是由真空氣鎖分隔的真空工具。應注意的是，製程產線中的製程工具和特定製程工具之順序將由所使用的具體薄膜電池製造方法來決定，例如，如上述製程流程中指定的。此外，可以將基板移動通過方向為水平或垂直的在線製造系統。
為了說明基板通過例如第6圖圖示的在線製造系統的移動，在第7圖中將基板輸送帶701圖示為只有一個在線工具630在適當位置。將包含基板703的基板托架702(圖示部分剖開的基板托架，使得基板可以被看見)安裝在輸送帶701或等效裝置上，用於將托架和基板移動通過在線工具630，如所指出的。在一些實施例中，用於處理工具630的在線平台可被設置用於垂直基板，而且在一些實施例中可被設置用於水平基板。
依據某些實施例用於製造薄膜電池的設備之一些實例如下。依據一些實施例用於製造薄膜電池的設備可以包括：第一系統，用於三維重建基板之表面以形成重建基板表面；第二系統，用於在該重建基板表面上沉積第一集電器(FCC)層；第三系統，用於在該FCC層上沉積電極層；以及第四系統，用於在該電極層上沉積電解質層；其中該電極層與該電解質層之間的界面為第一三維表面，該第一三維表面大致與該重建基板表面共形。該第一系統可以包含例如雷射剝蝕圖案化系統，在實施例中該第一系統可以包含離子濺射系統，而且在實施例中該第一系統可以包含機械粗糙化系統(例如珠擊機)。此外，在實施例中，該設備可以進一步包含：第五系統，用於在該電解質層上沉積第二電極層；其中該第四系統沉積該電解質層，而且其中該電解質層與該第二電極層之間的界面為大致與重建基板表面共面的第二三維表面。該系統可以是群集工具、在線工具、獨立的工具、或上述工具中之一者或更多者的組合。此外，該系統可以包括一種或更多種其他系統通用的一些工具。
依據一些實施例用於製造薄膜電池的另一種設備可以包括：第一系統，用於在基板之表面上沉積第一集電器(FCC)層；第二系統，用於三維重建該FCC層之表面以形成重建FCC表面；第三系統，用於在該重建FCC表面上沉積第一電極層；以及第四系統，用於在該第一電極層上沉積電解質層；其中該第一電極層與該電解 質層之間的界面為第一三維表面，該第一三維表面大致與該重建FCC表面共形。該第二系統可以包含例如雷射剝蝕圖案化系統，在實施例中該第二系統可以包含離子濺射系統，而且在實施例中該第二系統可以包含機械粗糙化系統(例如珠擊機)。此外，在實施例中，該設備可以進一步包含：第五系統，用於在該電解質層上沉積第二電極層；其中該電解質層與該第二電極層之間的界面為大致與重建FCC表面共面的第二三維表面。該系統可以是群集工具、在線工具、獨立的工具、或上述工具中之一者或更多者的組合。此外，該系統可以包括一種或更多種其他系統通用的一些工具。
雖然已經參照基板或CCC表面的重建具體描述了本揭示的實施例，但進一步的實施例包括在電解質沉積之後應用相同的作法來直接重建薄膜電池之陽極側上的一個或更多個不同的界面。(此製程也可與基板或CCC表面的重建組合來完成)。例如，電解質層的表面可以是三維重建的-此製程可適用於結晶電解質材料，例如LLZO。
雖然已經參照將CCC沉積在基板上接著為陰極、電解質、陽極、然後ACC的薄膜電池堆疊具體描述了本揭示的實施例，但進一步的實施例包括將相同的作法使用於將ACC沉積在基板上接著為陽極、電解質、陰極、及CCC的薄膜電池堆疊，其中基板及/或ACC為如上所述 三維重建的，而且一個或更多個後續沉積的層之表面也將是大致與三維重建基板及/或CCC表面共面的三維表面。
雖然已經參照薄膜電池具體描述了本揭示的實施例，但本揭示的原理和教示還可被應用於其他的電化學裝置(通常包括能量存儲裝置)，而且也可被應用於電致發光裝置。應當指出的是，在電致變色裝置的情況下，界面粗糙化可能會導致不期望的漫散射及具有不理想的「朦朧」外觀的裝置，然而粗糙化的界面可以提高裝置速度；對於某些應用來說，在視覺品質與裝置速度之間的折衷可能是值得的，此外，可以設計界面粗糙度來提供速度上的改良，同時不會過度劣化視覺外觀。
雖然已經參照在基板表面上具有第一集電器層的薄膜電池具體描述了本揭示的實施例，但本揭示的原理和教示也可被應用於某些在基板表面上無集電器層的薄膜電池-例如具有導電基板的薄膜電池。在實施例中，薄膜電池可以包含：包含基板表面的基板，其中該基板表面為第一三維表面；被沉積在該基板上的第一電極層，及被沉積在該第一電極層上的電解質層；其中該第一電極層與該電解質層之間的界面為大致與該第一三維表面共面的第二三維表面。依據一些實施例，一種製造薄膜電池的方法可以包含以下步驟：提供基板；三維重建該基板的表面以形成重建基板表面；在該重建基板表面上沉積電極層；以及在該電極層上沉積電解質層；其中該電極層與該電解質層之間的界面為大致與該重建基板表面共形的第 一三維表面。依據一些實施例，一種依據一些實施例用於製造薄膜電池的設備可以包括：第一系統，用於三維重建基板的表面以形成重建基板表面；第二系統，用於在該重建基板表面上沉積電極層；及第三系統，用於在該電極層上沉積電解質層；其中該電極層與該電解質層之間的界面為大致與該重建基板表面共形的第一三維表面。
雖然已經參照本揭示的某些實施例具體描述了本揭示的實施例，但所屬技術領域中具有通常知識者應顯而易見的是，在不偏離本揭示的精神和範圍下可以做出形式和細節的變化和修改。
110‧‧‧基板
120‧‧‧陰極集電器
130‧‧‧陰極層
140‧‧‧電解質層
150‧‧‧陽極層
160‧‧‧陽極集電器(ACC)

Claims (18)

  1. 一種薄膜電池，包含：一基板，包含一基板表面；一第一集電器(FCC)層，被形成在該基板表面上，該FCC層具有一第一FCC表面和一第二FCC表面，並且其中該第一FCC表面與該基板接觸，而且該第二FCC表面為一第一三維表面；一第一電極層，被沉積在該第一集電器上，以及一電解質層，被沉積在該第一電極層上；其中該第一電極層與該電解質層之間的界面為一第二三維表面，該第二三維表面大致與該第一三維表面共形。
  2. 如請求項1所述之薄膜電池，其中該第一三維表面包含一圖案化形狀之陣列。
  3. 如請求項1所述之薄膜電池，其中該第一三維表面包含隨機定位的形狀。
  4. 如請求項1所述之薄膜電池，其中該第一三維表面包含一錐形特徵的陣列。
  5. 如請求項1所述之薄膜電池，其中該基板表面為一第三三維表面，而且該第一三維表面大致與該第三三維表面共形。
  6. 如請求項1所述之薄膜電池，進一步包含： 一第二電極層，被沉積在該電解質層上；以及一第二集電器(SCC)層，被沉積在該第二電極層上；其中該電解質層被沉積在該第一電極層上，並且其中該第二電極層與該電解質層之間的界面為一第四三維表面，該第四三維表面大致與該第一三維表面共形。
  7. 如請求項6所述之薄膜電池，其中該第二電極層與該SCC層之間的界面為一第五三維表面，該第五三維表面大致與該第四三維表面共形。
  8. 如請求項1所述之薄膜電池，其中該FCC層為一陰極集電器層，並且該第一電極層為一陰極層。
  9. 如請求項1所述之薄膜電池，其中該FCC層為一陽極集電器層，並且該第一電極層為一陽極層。
  10. 如請求項6所述之薄膜電池，其中該FCC層為一陰極集電器層，並且該第一電極層為一陰極層，而且其中該第二電極層為一陽極，並且該SCC層為一陽極集電器層。
  11. 如請求項6所述之薄膜電池，其中該FCC層為一陽極集電器層並且該第一電極層為一陽極層，而且其中該第二電極層為一陰極並且該SCC層為一陰極集電器層。
  12. 一種製造一薄膜電池的方法，包含以下步 驟：提供一基板；三維重建該基板之表面以形成一重建基板表面；在該重建基板表面上沉積一第一集電器(FCC)層；在該FCC層上沉積一電極層；以及在該電極層上沉積一電解質層；其中該電極層與該電解質層之間的界面為一第一三維表面，該第一三維表面大致與該重建基板表面共形。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該三維重建包含一雷射剝蝕圖案化製程。
  14. 如請求項12所述之方法，進一步包含以下步驟：在該電解質層上沉積一第二電極層；其中該電解質層與該第二電極層之間的界面為一第二三維表面，該第二三維表面大致與該重建基板表面共形。
  15. 一種製造一薄膜電池的方法，包含以下步驟：提供一基板；在該基板之表面上沉積一第一集電器(FCC)層；三維重建該FCC層之表面以形成一重建FCC表面；在該重建FCC表面上沉積一第一電極層；以及 在該第一電極層上沉積一電解質層；其中該第一電極層與該電解質層之間的界面為一第一三維表面，該第一三維表面大致與該重建FCC表面共形。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該三維重建包含一雷射剝蝕圖案化製程。
  17. 如請求項15所述之方法，其中該三維重建包含一機械粗糙化製程。
  18. 如請求項15所述之方法，進一步包含以下步驟：在該電解質層上沉積一第二電極層；其中該電解質層與該第二電極層之間的界面為一第二三維表面，該第二三維表面大致與該重建第一集電器表面共形。
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