TW560102B - Thin-film electrochemical devices on fibrous or ribbon-like substrates and methd for their manufacture and design - Google Patents
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Description
560102 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ο 相關申請案前後參照 本發明是與2 Ο Ο 1年9月1 2日所申請之美國臨時 專利申請案號60/318，321有關，並在35 U. S . c . C .§ 119 (e)下主張其權益，此處藉 由參考而淸楚地完全附入該申請案。有關聯邦政府所贊助 之硏究或開發之聲明。 在由諾互（Naval)硏究室所授予之合約編號 N〇〇〇14 — ◦0 — C — 0479之下，藉政府之支援 已完成本發明。 發明背景 本發明是有關於諸如纖維狀，絲帶狀，或條帶狀幾何 形基板上固態薄膜電池的功能性薄膜圖案之製造。本發明 額外地是有關於多層和多功能薄膜之設計和製造。 技術說明 傳統上，已將固態薄膜電池做在剛性平面基板上。因 此，多層材料之整體特性已受限於基板之剛性和實際特性 。由於本發明例如是與利用陰影遮罩一纖維狀基板上之真 空塗覆程序而產生多層材料有關，本技術可與兩種一般類 別有關：多層和多功能薄膜塗覆之陰影遮罩及纖維狀單纖 維基板之真空塗覆。 在真空薄膜工業中已廣泛使用，以特定圖案選取性地 加以沈積序向或多層薄膜之一種技術是要使一實際限制應 (請先閲讀背面之注意事 「1"0 注意事項再填· 裝— :寫本頁) •Φ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - 560102 A7 B7 五、發明説明（2) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 用在氣相或電漿上，防止氣相或電漿不觸及非沈積目標區 。一般使用之遮罩型式包含所製造之金屬，玻璃，和陶瓷 ，以及光阻圖案式遮幕。這些技術之主要應用已被侷限在 平面基板幾何形。利用實際陰影遮罩之薄膜產品區實例包 含薄膜電池，電子積體微電路，電路板，二極體陣列，和 電致及半導體裝置。例如，在美國專利案號4，952， 42〇；6，214，631;4，915，057; 6，218，049;5，567，210;5，338 ，625;6，168，884;5，445，906; 5，512，147;5，552，242;5，411 ，592;5，171，413;5，961，672; 5，110，696;和 4，555，456 中；及國際 專利與專利申請案號W〇9 9 3 0 3 3 6; W 0 9847196 ；W〇0060682 ； W〇 0117052; JP60068558;及 D E 1 9 8 5 0 4 2 4中可發現這些產品之實例。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 此外，已經探查要產製圖案式多層薄膜之序向陰影遮 罩。例如，在薄膜電池設計中，已使用金屬板或陰影遮罩 加以控制特定幾何形之電池膜之沈積來實施特定功能。某 些這些功能包含陰極•對•陽極配對，電解質分離，和電 流集極遮罩。例如，在美國專利案號：6，2 1 8，0 4 9;5，567，210;5，338，625;6，1 68，884;5，445，906;4，952，42 〇;6，214，631;和 4，915，057 及國際 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ297公釐） -5- 560102 _ B7_ 五、發明説明（3) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 專利或專利申請案號W〇 9847196 ;W〇 9 9 3 0336;和DE 19850424中可看到平面架構陰 影遮罩之這些實例。此外，光纖基板上陰影遮罩之某些實 例包含歐洲專利申請案號E P 1 〇 3 0 1 9 7和美國專利 案號5，308，056和6，066，361。 例如在美國專利案號6，0 9 3，9 7 3 ; 6，0 6 3，547;5，641，612;6，066，361 ;和5，2 7 3，6 2 2中和國際專利或專利申請案號 GB 2320135及EP 1100120中可看到使 真空沈積式薄膜加以圖案化之光阻遮罩實例。 例如，在纖維強化複合材料，超導纖維和電線，以及 光纖應用中已廣大使用真空薄膜塗膜。大致上，在真空塗 覆纖維之硏究已被侷限在連續基板沈積。連續纖維塗覆裝 置之某些實例爲美國專利案號5，5 18，597 ; 5， 178，743;4，530，750;5，273，6 22;4，863，576;和 5，228，963;及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 國際專利或專利申請案號W〇 0056949 » RU 2121464 ;及EP 0455408。複合材料纖維 塗覆之某些實例包含美國專利案號5，426，0〇〇 ; 5，37 8，500 ;和 5，354，6 1 5 ;及國際專 利或專利申請案號EP 0423946;及GB 227 9 6 6 7。光纖塗覆之某些實例包含美國專利案號 5，717，808;4，726，319;5，320 ’ 6 5 9 ;和5，3 4 6，5 2 0 ;及歐洲專利案號E p -6 - 560102 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（5) 之薄膜裝置。而且，此處所發表之沈積方法允許將薄膜裝 置沈積在基板上，該基板不需符合嚴格之剛性限制。本發 明發表一種方法，允許沈積對稱圖案式之多層薄膜裝置。 本發明之某些實施例包含合成多功能性材料，如光纖，超 導，或形狀記憶基板上之薄膜電池。這些形成之多功能性 材料可具一廣泛使用陣列，例如，包含電池放大式波導和 光纖，發電結構，微空降車輛，及鎗炮。 例如，本發明之一實施例藉由允許使薄膜功能性圖案 沈積在纖維狀基板上而克服平面幾何形要求之問題。這些 實施例可例如採取彈性電源，電池放大式波導及光纖，獨 立式自我供電式高頻產生器，發射器和接收器，電池天線 混合，或電池感應線圏混合之形式。例如，本發明另一實 施例經由允許選取式沈積之一種圖案沈積方法，克服在沈 積於纖維狀或絲帶狀基板上之多層電氣裝置中提供接觸點 之問題，因此，以所曝光之一多層圖案，留下底下層之某 些部位。 例如，本發明之某些實施例所克服之另一問題爲提供 彈性薄膜之以鋰爲準電池之問題。這例如是藉由在含纖維 狀，絲帶狀，及條帶狀基板之彈性基板上提供一種固態薄 膜，以鋰爲準之電池之製法加以完成的。這製法可允許一 或更多電池被沈積在一單一基板上。 在一較佳實施例中，本發明可有關於藉提供纖維狀或 絲帶狀基板，在一纖維狀或絲帶狀基板上沈積薄膜，在纖 維狀或絲帶狀基板部位上沈積功能層，並藉定位一指標管 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ---,·--^---0·^------1T------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -8 - 560102 A7 B7 五、發明説明（6) 狀構件加以界定這些部位之方法。在美國專利申請案號 1 0 / 1 0 9，9 9 1中說明以陰影遮罩一纖維狀基板之方 法及完成這技術之裝置。此處藉由整體上之參考而納入該 申請案。供陰影遮罩之技術可以一實施例爲範例，在該實 施例中，功能性圖案爲由一沈積程序所應用，而使用一陰 影遮罩之薄膜電池。在這實施例中可利用一陰影遮罩加以 控制各層圖案之形狀。陰影遮罩可例如爲一套管或基板可 穿過之中空管。陰影遮罩之一較佳方法是利用一管狀構件 加以完成的，在該管狀構件中，基板之配置最好爲非接觸 式，例如，以未接觸到遮罩之這種方式穿過。雖然在平面 幾何形陰影遮罩中一般是二維平板，在與一纖維狀或絲帶 狀基板相關之圓柱幾何形中，加以使用中空圓柱形之陰影 遮罩可是有用的。 在進一步之較佳實施例中，功能層可包含以下其中— 層或更多層：陽極電流集極層，陽極層，電解層，陰極層 ，陰極電流集極層，覆蓋層，光主動層，η型窗層，5型 吸收層，透明導電層，電導層，金屬層，半導體層，光透 射層，熱絕緣層，熱導層，防水層，胞接觸層，通道層， 匯流排層，印刷電路層，遮覆層，潤滑層，著色層，緊g 層，緩衝層，及輔助層。 在一特定實施例中，可選取功能層，形成具有〜曝露 出陽極之電池架構。在一替代性實施例中’可選取功能層 ，形成具有一埋植陽極之電池架構。 在進一步之實施例中，可選取功能層，形成〜以錐爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -- -9 - — I — If! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 560102 A7 B7 五、發明説明（7) 準之電池架構，以鈉爲準之電池架構，或以質子爲準之電 池架構。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在一較佳實施例中，本發明可有關於一種作爲含纖維 狀或絲帶狀基板之纖維狀或絲帶狀基板上之功能薄膜圖案 及纖維狀或絲帶狀基板部位上之功能層的裝置。根據薄膜 圖案之預期功能可選擇上面可沈積層膜之基板的部位。在 一特定實施例中，該部位可界定一電化學電池。在一較佳 實施例中，電化學電池可包含一選自一群組之裝置，該群 組裝置包含一鋰陽極電池，一埋植鋰陽極電池，一鋰離子 陽極電池，一埋植鋰離子陽極電池，一非鋰陽極電池，一 埋植非鋰陽極電池，一氫化鎳金屬架構，一鎳鎘架構，及 一硒化銅-銦-鎵光電裝置。 本發明之一特定實施例中，基板可爲或包含一纖維。 在一較佳實施例中，垂直於纖維長度之橫切面可爲圓形或 橢圓形。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在一特定實施例中，可選取各含基板部位之兩群組， 使得第一群組和第二群組未重疊。在這特定實施例中，第 一群組可界定一第一裝置，而第二群組可界定一第二裝置 。在一較佳實施例中，各第一和第二裝置可包含一選自以 下群組之裝置，該群組裝置包含一鋰陽極電池，一埋植鋰 陽極電池，一鋰離子陽極電池，一埋植鋰離子陽極電池， 一非鋰陽極電池，一埋植非鋰陽極電池，一氫化鎳金屬架 構，一鎳鎘架構，及一硒化銅-銦-鎵光電裝置。在一較 佳實施例中，第一裝置型式可與第二裝置相同。在本發明 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 560102 A7 B7 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（8) 之另一較佳實施例中，第一裝置可互補第二裝置。例如， 第一裝置可產生電荷，而第二裝置可儲存電荷。 本發明之一項目的在提供一種使纖維狀和絲帶狀基板 上之薄膜多層沈積形成圖案之非接觸式方法。 本發明之一項目的在提供一種在纖維狀或絲帶狀基板 上產製薄膜功能性圖案之可裁剪式方法。 本發明之一項目的在提供薄膜電池，該電池可被結合 在複雜之多基板結構中，諸如，例如，一編織成之獨立結 構，一橡膠，雙順丁烯二醯亞胺，或矽基質內之一編織結 構，或一基質內之一非編織結構。這種多重基板組合具有 增加總電壓（如電池爲串聯）或總容量（如電池爲並聯） 之有利特性。 本發明之一項目的在提供一種薄膜電池，該電池藉由 使基板橫切面降至最小而具有最佳之測重和容量測定電力 和容量密度。在其中之基板不具尖銳邊緣之一實施例中， 可同質性地利用整個基板。 本發明所提供之優點爲所提供之基板選取程度。尤其 是，可使用整個廣大彈性範圍之基板，因此促成在某些應 用上想要之整體之裝置（例如，當圖案式功能薄膜爲一裝 置時）彈性。在美國臨時專利申請案號6 0 / 3 1 8，3 1 9中說明多功能材料之纖維狀基板的應用，此處藉由整 體上之參考而納入該申請案。 了解到前項之一般性說明和以下詳細說明爲範例且只 是說明而已，且並不限於如所申請專利範圍之本發明。本 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（21〇Χ297公釐） -11 - 560102 A7 B7 五、發明説明（9) 發明之說明是就纖維狀或絲帶狀基板上之一薄膜電化學裝 置’然而’一精熟這技術者會體會本發明之其它用法。例 如’藉由選取爲一或包含一保險絲之基板，可將本發明使 用在煙火和火藥技術中。在這實施例中，後續之塗敷層不 經常以電漿噴灑加以塗敷，且例如可以一水溶液或色澤噴 灑加以塗敷。類似地，例如在調製技術中可使用可食用或 無毒性（例如，木材或塑膠）之基板。例如，在這實施例 中’可噴灑調製之超熱或類似蒸發或離子化層（包含，例 如’果仁糖’焦糖，或糖）或利用本發明之方法或裝置另 外將他們沈積在基板上。說明本發明一實施例之隨圖以及 說明一起適以解釋本發明之原理。 圖示簡單說明 第1圖爲一纖維狀基板上薄膜鋰電池實例之削剪透視 圖。 第2圖爲一分離沈積指標化方法作業之形式化描述。 第3 A圖爲一固態薄膜電池實施例之側視描述。 第3 B圖爲一固態薄膜電池實施例之側視描述。 第4圖描述在根據本發明，超過2 0 0電力循環以上 所製造電池之微安培一小時中所測量之容量。 第5 A圖爲本發明一實施例之一橫切面圖。 第5 B圖爲本發明一實施例之一橫切面圖。 第5 C圖爲本發明一實施例之一橫切面圖。 第6圖爲一CIGS光電裝置架構之長度向削剪圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事 項再填- :寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- --—--------67 - _560102 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明説明（β 第7圖爲一非鋰電池架構之長度向削剪圖。 第8圖爲一埋植非鋰電池架構之長度向削剪圖。 第9圖爲一鋰離子電池架構之長度向削剪圖。 第1 0圖爲一微電子相互連接架構之長度向削剪圖。 第1 1 Α圖爲一非鋰電池架構之第一階段工作機構圖 〇 第1 1 B爲一非鋰電池架構之第二階段工作機構圖。 第1 2 A圖爲一埋植非鋰電池架構之第一階段工作機 構圖。 第1 2 B圖爲一埋植非鋰電池架構之第二階段工作機 構圖。 第1 3 A圖爲一鋰離子電池架構之第一階段工作機構 圖。 第1 3 B圖爲一鋰離子電池架構之第二階段工作機構 圖。 第14圖爲一使用基板上一單一裝置之本發明一扭轉 實施例之側視圖。 第15圖爲一使用一單一基板上三個裝置之本發明一 扭轉實施例之透視圖。 第16圖爲一本發明相連在一起之多個實施例的描述 〇 第1 7圖爲本發明一實施例，以單位爲微安培一小時 之放電容量對充放電循環次數之效能圖。 第1 8圖爲本發明一實施例，以電壓對單位爲微安培 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ------^---裝------訂----- -0^ 1^1 I-, (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -13- 560102 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（β -小時之放電容量之效能圖。 主要元件對照表 10 0 基板 15 0 陽極保護劑層 14 0 金屬鋰陽極 13 〇 電解質 11 0 金屬接觸層 12 0 陰極 2 9 〇 間隔 2 9 5 間隔 2 8 0 管狀構件 3 5 〇 固態薄膜電池 3 3 〇 端點 3 4 0 端點 5 0 〇 固態薄膜電池 5 1 0 纖維狀基板 5 2 〇 橢圓體基板 5 3 〇 條帶狀基板 16 〇 基板 6 8 〇 鉬層 6 8 2 吸收層 6 8 〇 C d S層 6 8 6 氧化層 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -批衣------訂-----------Η I---I -- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -14- 560102 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（1会 7 10 7 12 7 14 7 16 7 18 8 10 8 12 8 14 8 16 8 18 9 10 9 12 9 14 9 16 9 18 10 10 10 12 10 14 1110 112 0 113 0 114 0 115 0 116 0 鉻層 L i 1 6 Μ η Lipon層 銅層 Lipon層 鉻層 Lipon層 L i 1 · 6 Μ η 鉻層 銅層 L i 1 · 6 Μ η Lipon層 S η 3 N 4 層 銅層 Lipon層 絕緣體層 導體層 紀緣體層 陰極電流集極 陰極 電解質 陽極電流集極 覆蓋層 鋰陽極 8〇4 〇4層 〇 4層 ：Ί_ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 辦衣------訂-------------------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 560102 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（仂 12 10 12 2 0 12 3 0 12 4 0 12 5 0 13 10 13 2 0 13 3 0 13 4 0 13 5 0 13 6 0 14 10 14 2 0 16 10 16 2 0 16 3 0 16 3 5 16 4 0 16 4 5 16 5 0 16 5 5 16 6 0 16 7 0 16 7 5 C C C 陰極 電解質 a c c 鋰陽極 C C C 陰極 電解質 陽極 a c c 覆蓋層 C C C a c c 框架 框架 框架 電氣接觸層 框架 保護夾套 框架 基質 框架 框架 電氣接觸點 n i^n ^^^1 —ϋ 一 V ϋϋ —ϋ 、ν'口 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4,. 了項再填 --- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210><297公釐） 16 560102 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 i、發明説明（Ο 1680 框架 1685 接腳 本發明詳細說明 要了解的是本發明並不限於此處所說明之特定方法學 ，化合物，材料，製造技術。用法和應用，因這些會變化 。亦要了解的是此處所用之術語只爲說明特定之實施例起 見，並無意在限制本發明之範圍。必須注意的是，如此處 及附加申請專利範圍中之使用，除非文內另有明確指示， 單數形式之、a " ，"an"，和、' t h e 〃包含多數論 述。因此，例如，論及 ''一層〃指的是一或更多層並包含 對那些精熟技術者已知之其對等事物。所使用之所有關連 被了解成最有可能之含意。因此，★ 〇 r 〃一字應被了解 成並有邏輯上'〇 r 〃之定義而非邏輯上之'^ exclusive or "(互斥或），除非文中另有明確需要。本發明之說明是 基於纖維狀或絲帶狀基板上之薄膜沈積；然而，這技術之 其中一平常技能會體認本發明之其它應用，例如含在調製 科學和煙火製造之應用。 除非另有定義，此處使用之所有技術和科學名詞與本 發明所屬技術之其中一平常技能所共同了解的同義。雖然 在本發明之實務或測試中可使用任何之方法，技術，裝置 或類似於或對等於那些此處所說明者。卻仍說明較佳之方 法’技術，裝置和材料。此處所引用之論述在此皆被整體 納入參考。 ^ ^---------IT----- φ —11-, (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -17- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 560102 A7 B7 五、發明説明（1$ 爲方便起見，以下提供專利說明書，實例，和附如申 請專利範圍中所使用之某些名詞和片語之意義。本質上’ 這些定義無意在設限而是適以提供對本發明某些觀點之更 明確了解。 片語v'纖維狀基板〃意爲一像纖維之基板。這意在包 含具圓形橫切面，以及那些具橢圓形，不規則形，和矩形 橫切面之基板。這亦意在包含絲帶狀或條帶狀基板。這些 基板可例如實際上爲矩形或圓繞矩形之橫切面。 指標位置 LI，L2，L3，L4，R1，R2， R 3和R 4此處將分別簡稱爲L 1，L 2，L 3，L 4， 尺1，尺2，113和114。 如隨圖中之說明，現將詳細參考本發明之實施例。不 管何時。在整個圖中及以下說明將使用相同參註編號論及 相同或相似零件。 在當中之薄膜裝置是例如在彈性基板上且被結合成一^ 基質之本發明一實施例中，當，例如，電池對基板之質量 比變成重要部分時（例如，約整體重量之1 〇 % )，裝置 之機械特性就顯著了。 本發明中可使用之基板例如包含以下基板：圓柱形或 圓錐形；單纖維；纖維或纖維狀基板；線狀；棒狀；絲帶 或絲帶狀基板；或條帶或條帶狀基板。基板可或例如包含 玻璃，陶瓷，藍寶石，聚合物，金屬，合金，碳，半導體 ’形狀記憶合金，超導體，或自然磨光之纖維。自然磨光 之纖維可包含，例如，如羊毛，綿花，麻纖維，或木材之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） — --*-- -18- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 辦衣 n 訂 Φ11-,------- 560102 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（1合 材料。這些材料和形狀只是$s例而不具限制。對一'精熟技 術者而言，含管狀和不規則形之其它材料及形狀將是顯而 易見的。 對於纖維狀基板，基板之某些較佳直徑是介於約1微 米和約0 . 2 5吋之間。對於矩形基板。邊長最好在約1 微米和5吋之間。 一沈積裝置可供以將材料沈積在基板上面。這種沈積 裝置可例如包含一濺射電漿（R F ’ A C，或D C )技術 ，電子束氣化處理，陰極電弧氣化’化學氣相沈積，或電 漿加強化學氣相沈積。濺射處理爲一較佳沈積技術。濺射 可最好在大槪1和大槪2 0毫托（millitorr)壓力之間下完 成。中空陰極濺射或陰極電弧技術可最好在大槪1 / 1 0 和大槪2 0毫托壓力之間下完成。較佳氣化壓力可在約 〇 . 0 1和約0 · 1毫托之間。較佳化學氣相和電漿加強 化學氣相沈積壓力可在約1 〇毫托和大氣壓之間。R F， A C，和D C濺射所用之電源功率可例如在大槪是6 0 c m 2目標下爲約5 0至約3 0 0瓦之大槪範圍內。對旋轉 軸距離之有用目標可大槪爲2 . 2 5吋。可利用，例如， 個別或多電子束袋源，或一單線性束氣化槽。 這些圖案可就一分離指標沈積程序加以說明。分離指 標化可並非必要。但可提供一貫輸出結果之好處。根據一 基板橫切面之長度向圖，所使用之指標最好爲一序數指標 。沿基板長度，由左至右之指標可自L 4開始’且然後進 行至L3。再至L2，後至L1。這些指標化位置可接著 ---^---；---φ-辦衣------1T----- Φ —1 I", (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -19- 560102 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1》 R1，然後R2，再來R3，且最後是R4。可由第16 圖中見到這種指標化系統之一實例。不需要只有8個指標 位置，或在左右指標位置之號碼相等。而且’任何兩連續 指標位置間之位置差可異於兩其它連續指標位置間之差。 在一較佳實施例中，L 4與L 3隔開約〇 _ 2 5吋，L 3 與L 2最好隔開約0 · 2 5吋，且L 2與L 1最好隔開約 0 . 2 5吋。在一較佳實施例中，R 4與R 3隔開約 0 . 2 5吋，R 3與R 2最好隔開約0 . 2 5吋，且R 2 與R 1最好隔開約0 . 2 5吋。最後，在一較佳實施例中 ，：L 2和R 1間之距離可在大槪2 · 0吋和大槪7 · 〇吋 之間。 本發明一實施例中，可多次應用沈積程序。在沈積之 際，根據一指標可將例如爲管狀構件之陰影遮罩裝置重新 定位。這管狀構件之指標位移可界定多數序向沈積，該序 向沈積可具一可爲管狀構件所界定之功能性圖案。此外， 如有意的話，可在沈積期間移動管狀構件，產生一錐狀厚 度之薄層。利用一管狀構件亦可產生錐狀或坡度厚度層邊 緣，該管狀構件之內徑形狀相當於基板加上預期坡度之形 狀。例如，在一圓形基板情況中，內徑形狀可爲圓錐形。 然而，在本發明一較佳實施例中可避免沈積期間之移動。 由於本發明的結果，沈積在一基板上之圖案膜可包含 如固態電池或光電池之薄膜電化學裝置；薄膜微電子之多 重相互連接裝置；或在纖維狀或絲帶狀基板上之其它功肯g 1生圖案。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---^-I 叫 ^裝----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-20 - 560102 A7 B7 五、發明説明（1合 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外，可選取基板，使其具互補或無關之功能。例如 ，基板可導電，這在某些電池或光電池應用中是有用的。 而且，基板可爲純結構性，只間接與裝置功能有關之處理 品質，如剛性，張力強度，或形成一特定形狀之能力。此 外，基板可實施一不相關功能，或只與距離有關之功能， 如，例如，光纖，或一如，例如，Kevlar®或Aramia®纖維 之抗刺戳纖維。如選取一光纖，可期望所沈積之裝置可爲 或包含，例如，可用以如所需，增強光訊之電池。如選取 一抗刺戳纖維，則可期望所沈積之裝置可爲或包含，例如 ，一電池或太陽電力電池且可作爲穿著彈導衣物者之電源 用。儘管如此，雖然基板可提供多重功能，但這些功能未 必有關。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外，在某些情況下，對沈積前之預濺射是有益的， 這可造成移除有縫隙之材料並例如在化合物標的表面上形 成反應式表面特性。這種預濺射步驟可由所說明，進一步 包含一電漿遮板裝置之設備加以完成。這電漿遮板裝置可 爲或包含一如爲半圓柱形構件之一實際構件，該構件可被 加以旋轉或另外定位成遮護或曝露出基板。 在沈積後或沈積之間可應用額外之圖案化方法。這些 技術可包含雷射切除或化學或機械鈾刻。此外，光蝕刻膜 遮罩，如有利用的話，可含化學或電子束蝕刻裝置，在各 沈積後加以移除抗蝕刻。避免傷及基板，可在這些情況中 展現出某些挑戰性。 如此處所用之薄膜功能性圖案包含如電池和光電池之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -21 - 560102 A7 ____B7 五、發明説明（1合 薄膜裝置，且亦包含微電電路。對於一精熟相關技術者而 言，其它之功能性圖案是顯而易見的。因此，v'功能性圖 案〃一詞不意爲限於所指定之實例。 在纖維狀或絲帶狀基板上製造電池時，所沈積薄膜之 某些圖案可特別有用。這些圖案可包含，例如，鋰離子， 埋植鋰離子，非鋰，埋植非鋰，鋰元素，及埋植鋰之固態 電池架構。 通常，沈積在一纖維狀或絲帶狀基板上之以鋰爲準之 電池可包含以下層膜；一基板，一基板上之金屬接觸層， 一金屬接觸層上之陰極層，一陰極層上之電解層，一電解 層上之鋰陽極層，及一鋰陽極層上之陽極保護劑。這次序 可被視爲相對於基板之位置。這特殊次序可說明鋰薄膜電 池架構中之次序。鋰陽極層和陰極層位置可互換。所形成 之架構可類似於所埋植鋰薄膜電池架構之次序，由於陽極 是〜埋植〃在電解質之下而稱爲A埋植〃。鋰陽極層可爲 包含鋰離子陽極或非鋰陽離之某些其它種陽極層所取代。 這些陽極層可爲原始或★埋植〃之次序。說明埋植架構之 另一種方式爲如、倒反〃。因此，例如，一埋植非鋰架構 亦可稱爲反非鋰架構。 可使用在鋰離子陽極中之材料實例包含形成鋰合金之 材料，例如爲鈉，鉀，_，鉋，鈹，鎂，鈣，緦，鋇，硼 ’銘’鎵’銦，銳，碳（石墨或焦碳），砂，鍺，錫，鉛 ，磷，砷，銻，鉍，硒或碲。這些材料可爲單獨或例如結 合在任何二元，三元，四元，五元’或六元之合金中。小 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事_ -項再填· :寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -22- 560102 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 五、發明説明（2() 百分比之過渡金屬可提供額外益處。在一較佳實施例中， 過渡金屬量可小於陽極之大槪1 0 %。過渡金屬實例包含 鎳，鉬，和金。此外，可使用反應部分與鋰相反之化合物 ，如 Sn〇x (1SXS2) ^SnNx(0<x<1.33 )JZnNx(〇<x<1.5) ^ CuNx (0<χ<1) 5 ΙηΝχ(0<χ<1) » CuOx (0<χ<1)， L i 4T i 5〇12，及其預氧化鋰形式，如L i ySnNx (0 < x < 1 . 33 ; 0<y<8)。這些爲大槪之範圍。 可使用在非鋰陽極中之材料實例包含不與鋰形成中介 金屬化合物之材料。如，例如，S c，T i ，V，C r， Μη，Fe，Co，Ni ，Cu，Ta 和W。這些材料可 爲單獨或例如結合在任何二元，三元，四元，五元，或六 元之合金中。不需與這些合金之非鋰合金化特性妥協之某 些其它金屬可以小百分比提供額外之益處。在一較佳實施 例中，這些其它金屬量可小於陽極之大槪1 0 %。可使用 之這些其它金屬的實例包含釔，锆，和鈮。而且，亦可使 用非鋰合金化化合物。非鋰合金化化合物之實例包含，例 如，TiNx(〇<x<l) ^ ZrNx (0<χ<1)， V N x ( 〇 < x < 1 )，及 NbNx(〇<xSl) •這些爲 大槪之範圍。 在一非鋰電池之特定實例中，基板可爲或包含，例如 ，一礬土纖維。要沈積之第一層可爲一陰極電流集極。這 陰極電流集極層可爲或包含，例如，鉻且被沈積在L 1和 R 4之間。接著，可沈積陰極層。陰極層可爲或包含，例 ---^---^---裳------訂----- ------ {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -23- 560102 A7 B7 五、發明説明（2) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如，非結晶質L i i . 6 Μ n i . 8〇4且可被沈積在L 1和 R 1之間。接著，可沈積電解層。電解層可爲或包含，例 如，鋰磷之含氧氮化物，另外且此後稱爲、、Lipon〃且可被 沈積在L 2和R 2之間。接著，可沈積在此例中提供一輔 助陽極層和陽極電流集極之電極層。這電極層可爲或包含 ，例如，銅，且可被沈積在L 4和R 1之間。接著，可沈 積保護劑層。保護劑層可爲或包含，例如，Lipon，且可被沈 積在L 3和R 3之間。在第7圖中可觀察到一非鋰架構之 一實例。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在一埋植非鋰電池之特定實例中，基板可爲或包含， 例如，一礬土纖維，一銅纖維，或一玻璃纖維。要沈積之 第一層可爲一陽極電流集極。這陽極電流集極層可爲或包 含，例如，鉻，且可被沈積在L 4和R 4之間。接著，可 沈積電解層。電解層可爲或包含，例如，Lipon，且可被沈 積在L 3和R 3之間。接著，可沈積陰極層，陰極層可爲 或包含，例如，非結晶質L i 1 . 6 Μ n i · 8〇4且可被沈積 在L 1和R 1之間。接著，可沈積一可被用以提供一輔助 陰極層之一電極層。電極層可爲或包含，例如，鉻，且可 被沈積在L 1和R 1之間。接著，可沈積一陰極電流集極 層。陰極電流集極層可爲或包含，例如，銅，且可被沈積 在L 1和R 1之間。在第8圖中可觀察到一埋植非鋰架構 之一實例。 在一鋰離子電池之特定實例中，基板可，例如，爲或 包含一銅纖維或一 Inconel® 6 0 0纖維。基板可作爲一陰極 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -24- 560102 A7 B7 五、發明説明（22) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 電流集極。要沈積之第一層可爲一陰極層。這陰極層可例 如爲或包含非結晶質L i ι.6Μηι.8 04且可被沈積在L 1和R 1之間。接著，可沈積電解層。電解層可，例如， 爲或包含Lip0n且可被沈積在L 4和R 4之間。接著，可沈 積陽極層。陽極層可，例如，爲或包含S n3N4且可被沈 積在L 1和R 1之間。接著，可沈積一陽極電流集極層。 陽極層可，例如，爲或包含S n3N4且可被沈積在L 1和 R 1之間。接著，可沈積一陽極電流集極層。陽極電流集 極層可，例如，爲或包含銅且可被沈積在L 3和R 3之間 。接著，可沈積保護劑層，保護劑層可，例如，爲或包含 Upon且可被沈積在L 2和R 2之間。在第9圖中可觀察到 …鋰離子架構之一實例。 經濟部智慧財產局B工消費合作社印製 沈積膜之厚度可根據圖案式薄膜所想要之特定用法而 變，想要之陽極電流集極厚度可爲約0 . 0 1至約1 0微 米，但可更最好是在約0 . 3和約3微米之間。想要之鋰 陽極厚度可大槪爲0 . 0 1至大槪1 0微米，但可更最好 是在約1和約3微米之間。想要之鋰離子陽極厚度可大槪 爲0 · 0 1至大槪5微米，但可更最好是在約0 · 0 1和 約0 · 3微米之間。想要之電解層厚度可大槪爲0 · 0 5 至大槪5微米，但可更最好是在約1和約2微米之間。想 畏之陰極層厚度可大槪爲0 · 0 5至大槪2 0微米，但可 更最好是在約0 · 5和5微米之間。想要之陰極電流集極 層厚度大槪爲0 · 0 1至大槪3微米，但可更最好是在約 0 · 1和約3微米之間。想要之覆蓋層厚度可大槪爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) " -25- 560102 A7 B7 五、發明説明（2含 0 · 0 1至大槪1 0微米’但可更最好是在約〇 · 1和約 3微米之間。想要之一最終封裝層厚度可大槪爲〇 · 〇 1 至大槪2 0微米，但可更最好是在約1和約1 〇微米之間 〇 一功能圖案之特定實例可爲一硒化銅-銦•鎵（ C I G S )光電裝置架構。其核心可例如爲大槪1 0 0微 米之絕緣纖維。在纖維上及L 1和R 4之間可例如爲一大 槪0 . 5微米之鉬底部胞接觸層。在鉬層及L 1和R 3之 間可例如爲一大槪2 · 0微米之P型吸收層’該吸收層可 例如爲一硒化銅一銦一鎵裝置。在p型吸收層上及L 2和 R 3之間可例如爲一大槪〇 · 〇 5微米之C d S層。在 C d S層上及L 4和R 2之間可例如爲一大槪0 . 6微米 之透明導電氧化物之頂部胞接觸層，該接觸層爲，例如， 氧化銦一錫。在第6圖中可觀察到一CIGS光電裝置架 構之一實例。 第1圖爲基板1 0 0上一薄膜鋰電池實施例之削剪圖 之透視圖，如此處所示，該基板可爲一纖維狀基板。第1 圖展現使用一例如在纖維狀基板上一固態薄膜電池之觀念 。例如，陽極保護劑層1 5 0 (或封裝層）可爲或包含一 覆蓋層，一多層之二甲苯塑膠和鋁或鈦，或一多層之聚丙 烯酸脂鹽和無機層。更明確地說，圖示描繪可使用位在電 解質1 3 0外側上之一金屬鋰陽極1 4 0之鋰薄膜電池架 構。在此例中，使用一金屬接觸層1 1 0可允許基板爲， 例如如玻璃或塑膠之非導電或不良導電材料。藉由交換鋰 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事 •項再填- :寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -26- 560102 A7 B7 i、發明説明（24 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 陽極1 4 0和陰極1 2 0之位置，可得到一埋植鋰薄膜電 池架構。藉由以一鋰離子陽極取代鋰陽極1 4 0可得到一 鋰離子薄膜電池架構。一鋰離子陽極可包含形成鋰合金之 材料，例如，爲鈉，鉀，铷，鉋，鈹，鎂，鈣，緦，鋇， 硼，鋁，鎵，銦，鉈，碳（石墨或焦碳），矽，鍺，錫， 鉛，磷，砷，銻，鉍，硒或締。這些材料可爲單獨或例如 結合在任何二元，三元，四元，五元，或六元之合金中。 小百分比之過渡金屬可提供額外益處。在一較佳實施例中 ，過渡金屬量可小於陽極之大槪1 0 %。過渡金屬實例包 含N i ，Μ 〇，和A u。此外，可使用反應部分與鋰相反 之化合物，如 Sn〇x (lSx<2) ^ S η N X ( 〇 < χ < 1.33) ^ ΖηΝχ (〇<χ<1 . 5) ，CuNx(0< x <1 ) ， I η N χ ( 0 < x <1 ) j CuOx (〇<x<l 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 )，L i 4 T i 5〇i 2，及其預氧化鋰形式，如L i y SnNx(〇<x<1.33；0<y<8)。這些爲大槪之 範圍。藉由交換鋰離子陽極和陰極1 2 0之位置可得到一 埋植鋰離子薄膜電池架構。藉由以一不和鋰形成中介金屬 化合物之電導陽極，取代鋰陽極1 4 0可得到一非鋰薄膜 電池架構。在一非鋰架構中可使用之材料實例包含不和鋰 形成中介金屬化合物之材料，例如爲，S c，T i ，V， Cr，Mn，Fe，Co，Ni ，Cu，Ta和W。這些 材料可爲單獨或例如結合在任何二元，三元，四元，五元 ，或六元之合金中。不危及這些合金非鋰合金化特性之某 些其它金屬可提供小百分比之額外益處。在一較佳實施例 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210χ 297公釐） -27- 560102 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（2含 中，這些其它金屬之量可大槪小於陽極之1 〇%。可使用 之這些其它金屬實例包含YZ r，和Nb。而且，亦可使 用非鋰合金化之化合物。非鋰合金化之化合物實例，包含 例如，TiNx(〇<xSl) ^ ZrNx (0<χ<1)， V Ν χ ( 0 < x < 1 )，和 NbNx(〇<x 幺 1)。這些爲 大槪之範圍。藉交換陰極1 2 0及不和鋰形成中介金屬化 合物之電導陽極的位置’可得到一埋植非鍾薄膜電池架構 〇 第2圖爲一分離沈積指標化方法作業之形式化描繪。 在這實例中，標示8個位置之指標（L 1 2 3 0，L 2 220，L3 210，L4 200，R1 240， R 2 250，R3 260，R4 270);雖然在 本發明一較佳實例中是方便的，然而卻只是一實例而已。 此外，所提供之間隔2 9 0，2 9 5只是範圍，且可依預 期加以裁剪。在本發明一實施例中，間隔2 9 0可爲約 〇· 2 5吋且間隔2 9 5可大槪爲5 . 0吋。尤其是， L 1 230和R1 240間之間隔295 —般可掌控 並決定功能圖案之整體長度。所表示之管狀構件2 8 0 ( 可稱爲圓柱形構件）分別代表指標位置L 1 2 3 0和 R 2 250中之一對管狀構件280。在這圖中，未表 示基板1 0 0。 第3 A和3 B圖分別以未彎曲3 1 0和彎曲3 2 0位 置描繪固態薄膜電池3 5 0之一對側視圖。如所示，固態 薄膜電池可爲彎曲之3 2 0，且當彎曲時，可將電氣接腳 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -28- 560102 A7 _ _ B7 五、發明説明（2含 連接至其端點3 3 0，3 4 0。藉實際限制基板1 〇 〇之 曝露部位可使電池保持在彎曲位置。在所示之位置中可使 用一電池。 第4圖描繪在根據本發明，超過2 〇 〇電力循環以上 所製造電池之微安培•小時中所測量之容量。在這測試實 施例中，取造成這些測試之電池爲包含沈積在一 1 5 0微 米礬土纖維基板上之1 2 · 7 cm長之非鋰電池。陰極電 流集極爲0 . 3微米厚，陰極層爲1 . 4微米厚，Upon電 解層爲1·5微米厚，而銅電極爲2微米厚。最後，保護 性之Lipon塗覆層爲1微米厚。 第5 A，5 B和5 C圖爲本發明數個實施例之橫切面 圖，並顯示在一纖維狀基板5 1 0，一橢圓體基板5 2 0 ，及一絲帶狀或條帶狀基板5 3 0上一固態薄膜電池 5〇0之橫切面，其中之橢圓體基板5 2 0可被視爲一異 向性壓縮之纖維狀基板。一檢視完後，纖維狀5 1 0和絲 帶狀和條帶狀基板5 3 0幾何形之相近關係是顯而易見的 。因此，可視絲帶狀和條帶狀基板5 3 0爲纖維狀基板 5 1 0之變形或反之亦然。 第6圖爲一CIGS光電裝置架構之長度向削剪圖。 其核心可例如爲一 1 0 0微米之絕緣纖維，其作用爲基板 160。在基板160上及L2 620和R4 670 之間可例如爲一 〇 · 5微米之鉬底部胞接觸層6 8 〇。在 鉬層680上及L2 620和R3 660之間可例如 爲一 2 . 0微米之p型吸收層6 8 2，例如爲一 c 1 Gs 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事 項再填· :寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -29 - 560102 A7 ____B7 五、發明説明（27) 。在P型吸收層682及L3 610和R3 660之 間可例如爲一 0 · 05微米之CdS層684。在CdS 層684上及L4 600和R2 650之間可例如爲 -0 . 6微米之透明導電氧化物，例如爲氧化銦-錫，之 頂部胞接觸層686。在這圖中，基板160之軸，由左 至右跨頁加以延伸。 第7圖爲一非鋰電池架構之長度向削剪圖。其核心可 例如爲一 1 5 0微米之攀土纖維，其作用爲基板1 6 0。 在基板1 6 0上及L 1 6 3 0和R 4 6 7 0之間可例 如爲一 0 . 3微米之鉻層710。在鉻層710上及L1 6 3 0和R 1 6 4 0之間可例如爲一 1 . 4微米之 L i ι.6Μηι·8〇4層 712。在 L 1 i.sMni.sCU層 712 上及 L2 620 和 R2 6 5 ◦之間可例如爲一 1 · 5微米之Lipon層7 1 4。在 Upon層714上及L4 600和R1 640之間可例 如爲一 2 1 0微米之銅層7 1 6。在銅層7 1 6上及L 3 610和R3 660之間可例如爲—0 _ 3微米之Upon 層718。在這圖中，基板160之軸由左至右跨頁加以延伸。 第8圖爲一埋植非鋰電池架構之長度向削剪圖。其核 心可例如爲一^ 1 5 0微米之攀土纖維’ 一* 1 0 0微米之銅 纖維，一 1 0 0微米之玻璃纖維’或一 1 5 0微米之藍寶 石纖維；這纖維之作用可爲一基板1 6 〇。在基板1 6 0 上及L 4 6 0 0和R 4 6 7 0之間可例如爲一 1 · 0 微米之鉻層810。在鉻層810上及L3 610及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、11 經濟部智慧財產局Η工消費合作社印製 -30- 560102 Μ Β7 五、發明説明（鴻 ' R 3 6 6 0之間可例如爲一 2 · 〇微米之^。⑽層8丄2 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 。在Lipon層812上及L1 63〇和R1 Θ40之間 可例如爲一 1 . 〇微米之L i 1‘6“111.8〇4層8 i 4。 在 L 1 beMni.sCU層 814 上及 L1 630 和 R1 6 4 0之間可例如爲一 〇 . 5微米之鉻層8 i 6。在鉻層 8 1 6上及L 1 6 3 0和R 1 6 4 0之間可例如爲一 〇_ 5微米之銅層818。在這圖中，基板160之軸由 左至右跨頁加以延伸。 第9圖爲一鋰離子電池架構之長度向削剪圖，其核心 可例如爲一 1 0 0微米之銅或ln wnel® 6〇〇纖維，其作用 可爲一基板160。在基板160上及L1 630和 R 1 6 4 0之間可例如爲一 1 · 〇微米之 L i 1.6ΜΐΙΐ·8〇4 層 9 1 0。在 L i 1·6Μηΐ ·8〇4 層9 1 0上及L 4 6 0 0和R 4 6 7 0之間可例如爲 一 2 · ◦微米之Upon層9 1 2。在Lipon層9 1 2上及L 1 6 3 0和R 1 6 4 0之間可例如爲一 〇 · 1微米之 經濟部智慧財產局S(工消費合作社印製
Sn3N4層 9 1 4。在 SnN4層 9 1 4 上及 L3 6 1 0和R 3 6 6 0之間可例如爲一 〇 · 2微米之銅層 916。在銅層916上及L2 620和R2 6 5 0 之間可例如爲一 0 · 2微米之Upon層9 1 8 0。在這圖中 ，基板1 6 0之軸由左至右跨頁加以延伸。 第1 0圖爲一微電子相互連接架構之長度向削剪圖。 其核心可爲一絕緣或導電纖維，其作用可爲基板1 6 0。 在纖維上及L 4 6 0 0和R 4 6 7 0之間，可例如有 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -31 - 560102 A7 B7 經濟部智慧財產局g(工消費合作社印製 五、發明説明（2令 一大槪爲2 . 〇微米之絕緣體層1 0 1 0。在這絕緣體層 1010上及L3 61◦和R3 660之間可爲一大 槪是1·0微米之導體層1012。在這導電層1012 上及L 2 6 2 0和R 2 6 5 0之間可例如爲大槪 2 . 〇微米之絕緣體層1 0 1 4。在這絕緣體層1 0 1 4 上及L 1 6 3 0和R 1 6 4 0之間可例如爲一大槪 1 . 0微米之導體層。 第1 1 A和1 1 B爲一非鋰電池架構之兩階段工作機 構圖。電池包含，例如，一基板1 0 0。一陰極電流集極 1 1 1 ◦ ( A c c C 〃），一 陰極 1 1 2 0，一 電解質 1 1 3 0 (如Lipon)，一陽極電流集極1 1 4 0 ( vv a c c )，及一覆蓋層1 5 0。第1 1A圖表不一完 全放電之電池，但是第1 1 Β圖描繪一充電至某些程度之 電池。在一較佳實施例中，使一金屬a c c 1 1 4 0沈 積相當厚（約0 . 5至約1 0 // m )之濺射法產生一非常 多孔之a c c 1 1 4 0形態。當在一覆蓋層1 1 5 0和 一電解質1 1 3 0之間充電期間，將一鋰陽極1 1 6 0力口 以電鍍時，在降低建立與產生新體積有關之應力上，這多 孔形態是有益的。在薄膜電池循環期間降低應力之建立可 衍生增加循環生命及效能穩定性之益處。 第1 2 A和1 2 B圖爲一埋植非鋰電池架構之兩階段 工作機構圖。電池包含，例如，一基板1 0 0，一 c c c 1210，一陰極 1220，一電解質 1230， 一 acc 1240，及一覆蓋層（選用的一未示出）。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -32 - 560102 A7 __ B7 五、發明説明（3)3 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 這電池工作機構顯得非常類似於第1 1 A - B圖中所描繪 之機構。第1 1 A - B和1 2 A - B電池架構間之主要差 異與個別層和所埋植幾何形之序向沈積有關，其中，該埋 植幾何自動保護潛在中對空氣非常敏感之電鍍鋰陽極 1250，而不需沈積，例如，在第11A - B圖中所見 之一額外覆蓋層。第1 2 A表示一完全放電之電池，而第 1 2 B圖則描繪一充電至某些程度之電池。 第1 3 A和1 3 B圖爲一鋰離子電池架構之兩階段工 作機構圖。在本例中，電池包含一基板1 0 0，一 c c c 1310，一陽極132〇，一電解質1330，一陽極 1340，一acc 1350,及一覆蓋層1360( 選用的一些處所示）。第13A圖一完全放電之電池，而 第1 3 B圖描繪一充電至某些程度之電池。 第1 4圖爲一使用基板1 0 0上一單一裝置；本發明 一扭轉實施例之側視圖。在一實施例中，最接近基板 100之層膜之作用爲一 ccc 1410，而最外層之 作用可爲一acc 1420。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1 5圖爲一使用一單一基板1 0 0上之個裝置之本 發明一扭轉實施例之透視圖。一實施例中，如第1 4圖， 最接近基板之層膜之作用爲一 ccc 1410，而最外 層之作用可爲一ccc 1420。 第1 6圖描繪連接在一起之本發明多個實施例。第 1 1 6圖表示以電氣方式彼此連接多數基板1 〇 〇之一實 施例，因此增加整體容量或整體電壓或兩者，其中，該多 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -33- 560102 A7 —___ B7 五、發明説明（3)1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 數基板1 0 0上具一或多個電池。在框架1 6 i 〇中，表 示具有沈積功能圖案之單一基板1 〇 〇。在框架1 6 2 0 中，顯示數個個別基板1 〇 〇彼此平行。框架1 6 3 0表 示曝露出一電氣接觸層1 6 3 5之基板。例如，藉蝕刻基 板1 0 0可使電氣接觸層1 6 3 5曝露。在框架1 6 4 0 中’將一保護夾套1 6 4 5安置在所曝露之電氣接觸層 1635上。在框架1650中，可加入基質1655加 以保持，例如，基板1 0 〇之相對位置，或另例爲在便於 容易處理。在框架1 6 6 0中，可自電氣接觸層1 6 3 5 移除保護夾套1 6 4 5。在框架1 6 7 0中，可如需要曝 露出額外之電氣接觸點1 6 7 5。這些接觸點可，例如， 藉標線程序加以曝露。最後，在框架1 6 8 0中，可將接 腳1 6 8 5連接至先前所曝露之電氣接點。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 第1 7圖爲一就有關充放電循環次數之放電微安培-小時容量而言，本發明一實施例之效能圖。這所描繪之效 能資料是根據本發明之一實施例，該實施例混合在纖維狀 基板上8個以電氣方式並聯之電池。在這實例中，各電池 架構爲一 1 50//m吋直徑之S i C纖維基板，一 0 · 9 // m之C u反相（埋植）之非L i陽極電流集極層， 一 0 . 7 // m 之 Lipon 電解質層。一 〇 · 〇5//m 之 SnNx— Lipon吸收中介層，一 0 _ 8//m Lipon電解質 層，一 0 . 4//m 之 L i2V2〇5 陰極/ 0 . 4//m 之 Cu陰極電流集極層，及一 〇 · 4//m Lipon保護覆蓋層 。在這實例中，陰極層延伸約5 c m。在這實例中，各電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -34 - 560102 A7 B7 五、發明説明（3》 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 池之總橫切面積大槪爲0 . 2 4 C m 2。這數據呈現出如本 發明一實施例在大於約1 0次循環後倖免於破裂或損漏’ 則非常不可能在稍後發展出損漏。另言之，本發明之這實 施例具非常好之循環穩定性。該圖除顯著達成接近 2 0 0 0循環外，顯示這特別高之循環穩定性（每一循環 之小容量損耗）。 第1 8圖爲一就有關以微安培-小時所測量放電容量 之電壓而言，本發明一實施例之效能圖。這所指描繪之效 能資料是根據本發明之一實施例，該實施例混合在纖維狀 基板上8個以電氣方式並聯之電池。在這實例中，各電池 架構爲一 1 50//m吋直徑之S i C纖維基板，一 0 . 9 // m之C u反相（埋植）之非L i陽極電流集極層， 一 0 · 7 // m 之 Lipon 電解質層，一 0 · 05//m 之 SnNx—Lipon吸收中介層，一 0 . 8//m Lipon電解質 層，一 0 · 4//m 之 L i2V2〇5 陰極/ 0 · 4//m 之 C u陰極電流集極層，及一 〇 . 4 Lipon 保護覆蓋 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 層。在這實例中，陰極層延伸約5 c m。在這實例中，各 電池之總橫切面積大槪爲0 . 2 4 c m 2。這圖爲一放電容 量函數。它顯示電壓在3 . 0 - 1 · 0之間之相關放電電 壓縱剖圖。如所示，取循環數爲1 0和1 0 0 0時加以測 量。幾乎相同形狀之這些電壓縱剖圖說明結構爲一反相非 L i電池和一 L i 2V2〇5陰極之本發明之這實施例，在 9 9 0循環期間只受到邊際變化。 考慮到專利說明書和此處所發表之本發明實例，對於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -35- 560102 A7 B7 五、發明説明（3$ 那些精熟於技術者而言，本發明之其它實施例將是顯而易 見的。預期的是考慮專利說明和實例被視爲只是一範例， 而本發明真正範圍和精神是由以下申請專利項目所表示。 ; ;---^辦衣------1T------^ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -36-
Claims (1)
- 560102 ^ 92.8. I 4 A8 B8 C8 D8附件四：第91120615號專利申請案 修正後無劃線之中文申請專利範圍$替換太 民國92年8月14日呈 Ί 1 · 一種圖案化薄膜之沈積方法，包含以下步驟： 提供一纖維狀基板； 在該基板部位上沈積多個功能層；以及 根據該功能層之功能來界定該部位。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中 該等功能層包含一選自一群組之薄層，該群組 一陽極電流集極層；一陽極層；〜電解質 層；一陰極電流集極層；一覆蓋層；〜光主動 窗層；一 P型吸收層；一透明導電層；一電導 層；一半導體層；一光透射層；一熱絕緣層； 一防水層；胞接觸層；一穿孔層；一匯流排層 路層；一被覆層，一潤滑層；一著色層；一緊 ，一或多個 層包含·" 層；一陰極 層； 型 層；一金屬 一熱導層； ;一印刷電 握層；一緩 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 衝層；及一輔助層。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法 能層配置在一曝露出之陽極電池架構中 4 ·如申請專利範圍第1項之方法 能層配置在一埋入之陽極電池架構中。 5 .如申請專利範圍第1項之方法 能層配置在一以鋰爲基礎之電池架構中 6 .如申請專利範圍第1項之方法 其中，將該等功 其中，將該等功 其中，將該等功 其中，將該等功 能層配置在一以鋰離子爲基礎之電池架構中。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210Χ297公釐） 560102 8 888 ABCD ^、申請專利範圍 7 ·如申請專利範圍第i項之方法，其中，將該等功 能層配置在一非鋰電池架構中。 8 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，將該等功 能層配置在一以鈉爲基礎之電池架構中。 9 ·如申iR專利範圍弟1項之方法，其中，將該等功 能層配置在一以質子爲基礎之電池架構中。 1 0 ·如申I靑專利範圍第1項之方法，其中，在該基 板部位上沈積多個功能層之該步驟包含一陰影遮罩技術。 1 1 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，根據該 等功能層之功能來界定該部位之該步驟包含一陰影遮罩技 術。 1 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，另包含 利用一陰影遮罩技術將一或多個功能層塗敷於該基板。 1 3 . —種用作基板上之功能性薄膜圖案的設備，包 含： 一纖維狀基板；以及 在該纖維狀基板部位上之多個功能層，其中，根據該 圖案之所想要的功能來選取該等部位。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項之設備，其中，該等 部位界定一電化學電池。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項之設備，其中，該電 化電池包含一選自一群組之裝置，該群組裝置包含： 一鋰陽極電池；一埋入之鋰陽極電池；一鋰離子陽極 電池；一埋入之鋰離子陽極電池；一非鋰陽極電池；一埋 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公嫠） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -2- 560102 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 入之非鋰陽極電池；一鎳金屬氫化物架構；一 N i C d架 構；及一硒化銅-銦-鎵光電裝置。 1 6 ·如申請專利範圍第1 3項之設備，其中，該等 部位界定一多層相互連結。 1 7 ·如申請專利範圍第1 3項之設備，其中，該基 板包含一纖維。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項之設備，其中，該纖 維包含一圓形纖維。 1 9 .如申請專利範圍第1 7項之設備，其中，該纖 維包含一橢圓形纖維。 2 0 ·如申請專利範圍第1 3項之設備，其中，該第 一多個部位不與該第二多個部位重疊。 2 1 ·如申請專利範圍第2 0項之設備，其中，該第 一和第二多個部位界定一第一裝置和第二裝置，其中，該 第一裝置和該第二裝置中至少之一包含一選自一群組之裝 置型式，該群組裝置型式包含一鋰陽極電池，一埋入之鋰 陽極電池，一鋰離子陽極電池，一埋入之鋰離子陽極電池 ，一非鋰陽極電池，一埋入之非鋰陽極電池，一鎳金屬氫 化物架構，一 N i C d架構，一硒化銅一銦一鎵光電裝置 ，及一多層相互連結。 2 2 .如申請專利範圍第2 1項之設備，其中，該第 一裝置包含與該第二裝置相同之裝置型式。 2 3 ·如申請專利範圍第2 1項之設備，其中，該第 一裝置包含一爲該第二裝置互補之裝置型式。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）— (請先閲讀背面之注意事項存填寫本貰) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -3- 560102 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 4 ·如申請專利範圍第1 3項之設備，其中，該等 部位係藉由陰影遮罩來予以界定。 2 5 .如申請專利範圍第1 3項之設備，其中，該等 功能層係藉由陰影遮罩而被沈積在該纖維狀基板上。 2 6 _ —種用作基板上之電化學裝置的設備，包含： 一基板；以及 在該基板選取部位上所形成之多個電化學層，其中， 該電化學層包含一電解質層和一陰極層，且其中，該電解 質層至少局部被設置在該陰極層和基板之間。 2 7 .如申請專利範圍第2 6項之設備，其中，該電 化學層包含一在該基板上之陽極電流集極層、一在該陽極 電流集極層上之電解質層、一在該電解質層上之陽極層、 以及一在該陰極上陰極電流集極層。 2 8 .如申請專利範圍第2 7項之設備，其中，該電 化學層另包含一在該陽極電流集極層和該電解質層之間的 陽極層。 2 9 ·如申請專利範圍第2 8項之設備，其中’該陽 極層包含一選自一群組之層膜，該群組層包含一鋰金屬陽 極層和一鋰離子陽極層。 3 0 · —種電化學層之沈積方法，包含以下步驟： 提供一基板；以及 在該基板之選取部位上形成多個電化學層，其中’該 形成法提供至少一陰極層和一電解質層，且其中，該電解 質層被設置在該陰極層與該基板之間。 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) Α4規格（2ΐ〇χ297公着） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4- 560102 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 1 ·如申請專利範圍第3 0項之方法，其中，該電 化學層包含一在該基板上之陽極電流集極層、一在該陽極 電流集極層上之電解質層、一在該電解質層上之陰極層、 以及一在該陰極層上之陰極電流集極層。 3 2 ·如申請專利範圍第3 1項之方法，另包含一在 該陽極電流集極層和該電解質層之間的陽極層。 3 3 ·如申請專利範圍第3 2項之方法，其中，該陽 極層包含一選自一群組之一層膜，該群組層膜包含一鋰金 屬陽極層和一鋰離子陽極層。 * (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） - 5-
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