技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式一般涉及薄膜電池及其制造方法，更具體言的、但并不排他的，是涉及其中一個(gè)基板的表面和集電器是經(jīng)由激光處理三維重建的薄膜電池。

背景技術(shù)：

薄膜電池(TFBs)可以包含多個(gè)層的薄膜堆疊，這些層包括集電器、陰極(正極)、固態(tài)電解質(zhì)及陽(yáng)極(負(fù)極)。薄膜電池通常被制造成二維(2D)裝置，而且電池的性能(例如倍率性能和容量利用率)會(huì)受限于Li在嵌入/脫嵌工藝期間必須擴(kuò)散通過(guò)的陰極-電解質(zhì)和陽(yáng)極-電解質(zhì)界面的表面積。此外，已知的薄膜電池會(huì)在各個(gè)界面及制造和操作的各個(gè)階段出現(xiàn)剝離/脫層，這些階段例如陰極退火之后、電解質(zhì)沉積之后、陽(yáng)極沉積之后、封裝沉積之后、或在電池循環(huán)測(cè)試期間。

明顯地，需要有在薄膜電池堆疊的層之間誘發(fā)更大粘合強(qiáng)度并在陰極與電解質(zhì)及/或陽(yáng)極與電解質(zhì)之間提供更大界面表面積以提高電池性能的薄膜電池結(jié)構(gòu)及制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式是關(guān)于薄膜電池(TFBs)，所述薄膜電池的其中一個(gè)基板的表面和集電器是在電池薄膜堆疊制造期間經(jīng)由激光處理三維重建的，隨后沉積后續(xù)的層，使得陰極/陽(yáng)極與電解質(zhì)之間的界面接觸區(qū)域?yàn)榕c基板/集電器的三維重建表面大致一致的三維表面。當(dāng)與具有平面界面層的薄膜電池堆疊相比時(shí)，在陰極/陽(yáng)極層與電解質(zhì)層之間生成的三維結(jié)構(gòu)界面預(yù)期可改良薄膜電池性能(例如倍率性能和容量利用率)，并提高薄膜電池堆疊內(nèi)的層間的粘合強(qiáng)度從而足以減少剝離/脫層。

依據(jù)一些實(shí)施方式，一種薄膜電池可以包含：包含基板表面的基板；形成在所述基板表面上的第一集電器(FCC)層，所述FCC層具有第一FCC表面和第二FCC表面，并且其中所述第一FCC表面與所述基板接觸，而且所述第二FCC表面為第一三維表面；沉積在所述第一集電器上的第一電極層，以及沉積在所述第一電極層上的電解質(zhì)層；其中所述第一電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為第二三維表面，所述第二三維表面大致與所述第一三維表面一致。此外，在實(shí)施方式中，所述基板表面為第三三維表面，而且所述第一三維表面大致與所述第三三維表面一致。

依據(jù)一些實(shí)施方式，一種制造薄膜電池的方法可以包含：提供基板；三維重建所述基板的表面以形成重建基板表面；在所述重建基板表面上沉積第一集電器(FCC)層；在所述FCC層上沉積電極層；以及在所述電極層上沉積電解質(zhì)層；其中所述電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為第一三維表面，所述第一三維表面大致與所述重建基板表面一致。

依據(jù)一些進(jìn)一步的實(shí)施方式，一種制造薄膜電池的方法可以包含：提供基板；在所述基板的表面上沉積第一集電器(FCC)層；三維重建所述FCC層的表面以形成重建FCC表面；在所述重建FCC表面上沉積第一電極層；以及在所述第一電極層上沉積電解質(zhì)層；其中所述第一電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為第一三維表面，所述第一三維表面大致與所述重建FCC表面一致。

依據(jù)一些實(shí)施方式，一種依據(jù)一些實(shí)施方式用于制造薄膜電池的設(shè)備可以包括：第一系統(tǒng)，用于三維重建所述基板的表面以形成重建基板表面；第二系統(tǒng)，用于在所述重建基板表面上沉積第一集電器(FCC)層；第三系統(tǒng)，用于在所述FCC層上沉積電極層；以及第四系統(tǒng)，用于在所述電極層上沉積電解質(zhì)層；其中所述電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為第一三維表面，所述第一三維表面大致與所述重建基板表面一致。所述第一系統(tǒng)可以包含例如激光剝蝕圖案化系統(tǒng)，在實(shí)施方式中所述第一系統(tǒng)可以包含離子濺射系統(tǒng)，而且在實(shí)施方式中所述第一系統(tǒng)可以包含機(jī)械粗糙化系統(tǒng)(例如珠擊機(jī)(beadblaster))。

依據(jù)一些進(jìn)一步的實(shí)施方式，一種依據(jù)一些實(shí)施方式用于制造薄膜電池的設(shè)備可以包括：第一系統(tǒng)，用于在所述基板的表面上沉積第一集電器(FCC)層；第二系統(tǒng)，用于三維重建所述FCC層的表面以形成重建FCC表面；第三系統(tǒng)，用于在所述重建FCC表面上沉積第一電極層；以及第四系統(tǒng)，用于在所述第一電極層上沉積電解質(zhì)層；其中所述第一電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為第一三維表面，所述第一三維表面大致與所述重建FCC表面一致。所述第二系統(tǒng)可以包含例如激光剝蝕圖案化系統(tǒng)，在實(shí)施方式中所述第二系統(tǒng)可以包含離子濺射系統(tǒng)，而且在實(shí)施方式中所述第二系統(tǒng)可以包含機(jī)械粗糙化系統(tǒng)(例如珠擊機(jī))。

附圖說(shuō)明

對(duì)于熟悉所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員而言，在結(jié)合附圖參閱以下具體實(shí)施方式的描述之后，本公開(kāi)內(nèi)容的這些和其他構(gòu)思及特征將變得顯而易見(jiàn)，在附圖中：

圖1A為依據(jù)一些實(shí)施方式的包括具有三維重建基板表面的重建基板的薄膜電池的剖面圖；

圖1B表示圖1A的重建基板的立體圖；

圖2為依據(jù)一些實(shí)施方式的用于制造具有含有三維重建表面的重建基板的薄膜電池的流程圖；

圖3為依據(jù)一些實(shí)施方式的包括具有三維重建集電器表面的重建陰極集電器的薄膜電池的剖面圖；

圖4為依據(jù)一些實(shí)施方式的用于制造包括具有三維重建集電器表面的重建陰極集電器的薄膜電池的流程圖；

圖5為依據(jù)一些實(shí)施方式的用于薄膜電池制造的集群工具的示意圖；

圖6為依據(jù)一些實(shí)施方式的具有多個(gè)在線工具的薄膜電池制造系統(tǒng)的圖像；以及

圖7為依據(jù)一些實(shí)施方式的圖6的在線工具的圖像。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)地描述本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，提供這些附圖作為本公開(kāi)內(nèi)容的說(shuō)明性實(shí)例，以便使熟悉所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍竟_(kāi)內(nèi)容。值得注意的是，附圖和以下的實(shí)例無(wú)意將本公開(kāi)內(nèi)容的范圍限制于單一實(shí)施方式，而是通過(guò)交換一些或全部的描述或圖示元件，其他實(shí)施方式也是可能的。此外，當(dāng)本公開(kāi)內(nèi)容的某些元件可以使用已知元件來(lái)部分或完全實(shí)施時(shí)，將只描述這種已知元件的那些用于理解本公開(kāi)內(nèi)容所必需的部分，而且將省略這種已知元件的其他部分的詳細(xì)描述，以免混淆本公開(kāi)內(nèi)容。在本說(shuō)明書(shū)中，顯示單個(gè)元件的實(shí)施方式不應(yīng)被視為是限制性的；相反地，本公開(kāi)內(nèi)容意圖涵蓋其他包括多個(gè)相同元件的實(shí)施方式，反之亦然，除非本文中另有明確的陳述。此外，申請(qǐng)人無(wú)意將說(shuō)明書(shū)或保護(hù)范圍中的任何術(shù)語(yǔ)歸于罕見(jiàn)或特殊的含義，除非明確闡述為如此。此外，本公開(kāi)內(nèi)容涵蓋本文中以說(shuō)明的方式指稱的已知元件的目前和未來(lái)的已知的等同物。

本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式是關(guān)于薄膜電池(TFBs)的，所述薄膜電池的其中一個(gè)基板的表面和陰極集電器(CCC)在電池薄膜堆疊制造期間經(jīng)由激光處理三維重建，隨后沉積后續(xù)的層，使得陰極與電解質(zhì)之間的界面接觸區(qū)域?yàn)榕c基板/CCC的三維重建表面大致一致的三維表面。此外，在一些實(shí)施方式中，電解質(zhì)-陽(yáng)極和陽(yáng)極-ACC的界面也可以是大致與重建基板/CCC的三維重建表面一致的三維表面。當(dāng)與具有平面界面層的薄膜電池堆疊相比時(shí)，在陰極層與電解質(zhì)層和電解質(zhì)層與陽(yáng)極層之間生成的三維結(jié)構(gòu)界面預(yù)期可改良薄膜電池的性能(例如倍率性能和容量利用率，尤其是在較高的充/放電速率下)，并提高薄膜電池堆疊內(nèi)的層的界面粘合從而足以減少剝離/脫層。(層間的界面的粗糙化會(huì)在界面誘生“機(jī)械包裝”，以得到更大的粘合強(qiáng)度。)此外，在陰極層與電解質(zhì)層之間的三維結(jié)構(gòu)界面預(yù)期可在界面處增加對(duì)LiCoO₂陰極層中的多晶晶粒結(jié)構(gòu)的(003)平面的存取，從而降低在電池使用期間對(duì)鋰嵌入/脫嵌的阻力。

圖1A和圖1B表示具有依據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式制造的垂直堆疊的薄膜電池的實(shí)例，所述垂直堆疊具有三維重建基板表面。在圖1A中，所述垂直堆疊包含：重建基板110，基板表面已經(jīng)由激光處理三維重建；沉積在所述重建基板的表面上的陰極集電器120；沉積在所述陰極集電器上的陰極層130；沉積在所述陰極層上的電解質(zhì)層140；沉積在所述電解質(zhì)層上的陽(yáng)極層150；以及沉積在所述陽(yáng)極層上的陽(yáng)極集電器(ACC)160。應(yīng)當(dāng)指出的是，CCC與所述陰極層之間的界面及所述陰極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為大致與所述重建基板的三維重建表面一致的三維表面。本文中的術(shù)語(yǔ)“大致與…一致”是用以具體指明沉積層的表面再現(xiàn)所述三維重建表面的大致形狀，因?yàn)樗鋈S重建表面與討論中的表面之間的單個(gè)層或多個(gè)層每層均提供完全的覆蓋，但具有覆蓋所述三維重建表面中的特征的側(cè)壁和底部表面的層厚度，該層厚度小于覆蓋原始表面和場(chǎng)區(qū)的殘存部分的層厚度。此外，在一些實(shí)施方式中，電解質(zhì)-陽(yáng)極和陽(yáng)極-ACC的界面也可以是與重建基板的三維重建表面大致一致的三維表面-如圖1A所示。薄膜電池還可以包括例如保護(hù)涂層和電觸點(diǎn)。圖1A的透視圖表示在基板110的重建表面上的圓錐形特征115(例如截頭圓錐)的陣列，然而重建基板表面的特征可以在大小、形狀、間距及配置上與圖中所示不同。所述特征可以包括例如圓柱形特征、梯形特征、球狀特征、通孔、溝槽、及圓形凹部；為了在通孔和溝槽中實(shí)現(xiàn)令人滿意的階梯覆蓋，可以利用正凹形(特征頂部的寬度或直徑大于底部的寬度或直徑)。特征尺寸(如在平行于基板原始表面的平面中測(cè)得的)可以是幾微米到幾十微米。此外，這些特征可被定位在規(guī)則的陣列中-例如正方格-而且在實(shí)施方式中，這些特征可以被隨機(jī)定位。特征的密度可以廣泛地變化-最高密度對(duì)應(yīng)于緊密堆積的陣列。在實(shí)施方式中，50％以上的基板或CC表面是經(jīng)由形成本文所述的特征來(lái)重建的。特征的深度(在垂直于基板的原始表面的方向上量測(cè))將受限于基板的厚度-75％基板厚度的限值是合理的上限，然而這可以視需要而改變，以保持基板的機(jī)械完整性。此外，在實(shí)施方式中，特征的深度大于或等于基板厚度的25％。另外，在實(shí)施方式中，特征的深度大于或等于5微米。例如，在實(shí)施方式中，20微米厚的基板可以具有深度在大于或等于5微米且小于15微米的范圍內(nèi)的特征。

圖2提供依據(jù)一些實(shí)施方式的用于制造如圖1A和圖1B所示的薄膜電池的工藝流程，所述薄膜電池包括三維重建基板表面。用于制造薄膜電池的工藝流程可以包括：提供基板(201)；經(jīng)由激光處理三維重建所述基板的表面(202)以形成重建基板；在所述重建基板上沉積陰極集電器(203)；在所述陰極集電器上沉積陰極層(204)；以及在所述陰極層上沉積電解質(zhì)層(205)；其中所述陰極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為大致與所述重建基板的三維重建表面一致的三維表面。電池的制造可以以沉積例如陽(yáng)極、陽(yáng)極集電器(ACC)、保護(hù)涂層及電觸點(diǎn)來(lái)完成(206)。如以上參照?qǐng)D1A提到的，當(dāng)電解質(zhì)和陽(yáng)極的沉積是到它們被沉積到的層上時(shí)，電解質(zhì)-陽(yáng)極和陽(yáng)極-ACC的界面也可以是大致與所述重建基板的三維重建表面一致的三維表面。

強(qiáng)烈吸收激光能量的基板材料可適用于以上參照?qǐng)D2描述的工藝；一些示例的基板材料為Si、Al、不銹鋼等。對(duì)于這些基板，使用激光能量源來(lái)重建名義上平面的基板表面，以在表面上形成三維特征。使用的激光處理通量(根據(jù)CCC的材料通常<2J/cm²)低于材料的剝蝕閾值但高于材料的熔化閾值-通常將小于0.4J/cm²的通量使用于Au。使用這種通量水平的激光照射基板表面導(dǎo)致三維特征的形成，所述三維特征例如錐形表面結(jié)構(gòu)，然而這些三維特征的形狀、高度、及密度可以通過(guò)調(diào)整激光處理參數(shù)來(lái)控制，激光處理參數(shù)例如波長(zhǎng)、通量、脈沖頻率、照射次數(shù)等。通常將高功率(例如>100W)的納秒脈沖激光、或甚至微秒脈沖激光使用于此表面重建工藝。用于此工藝的激光系統(tǒng)可以是具有光束均化器的激光投影系統(tǒng)，光束均化器通常被設(shè)計(jì)用于準(zhǔn)分子激光。在其他的實(shí)施方式中，激光系統(tǒng)可以是配置有光束整形器的激光掃描系統(tǒng)，所述光束整形器將激光能量均勻地遞送到樣品表面上。依據(jù)一些實(shí)施方式可以使用類型和操作波長(zhǎng)范圍廣泛的激光(例如IR(紅外光)、綠光及UV)。除了其他因素之外，適當(dāng)?shù)募す獠ㄩL(zhǎng)和操作參數(shù)將取決于正在進(jìn)行激光表面重建的材料的光學(xué)性質(zhì)(吸收率vs.波長(zhǎng))。例如，可以使用綠光激光來(lái)切割/塑形陶瓷基板、金屬、云母、Si等，可以使用CO₂激光來(lái)分割玻璃基板，而且預(yù)期的是，UV激光也可以能夠?qū)@些基板進(jìn)行標(biāo)記/塑形。

圖3表示具有依據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式制造的垂直堆疊的薄膜電池的實(shí)例，所述垂直堆疊具有三維重建CCC表面。在圖3中，所述垂直堆疊包含：基板310；形成在所述基板的表面上的重建CCC 320，CCC的表面已被三維重建；沉積在所述重建CCC上的陰極層330；沉積在所述陰極層上的電解質(zhì)層340；沉積在所述電解質(zhì)層上的陽(yáng)極層350；以及沉積在所述陽(yáng)極層上的ACC360。應(yīng)當(dāng)指出的是，在所述陰極層與所述電解質(zhì)層之間的界面是大致與重建基板的三維重建表面一致的三維表面。此外，在一些實(shí)施方式中，電解質(zhì)-陽(yáng)極和陽(yáng)極-ACC的界面也可以是大致與三維重建CCC表面一致的三維表面。所述薄膜電池還可以包括例如保護(hù)涂層和電觸點(diǎn)。上述圖1A的透視圖表示CCC的三維重建表面；CCC的重建表面的特征在圖3中被表示為圓錐形特征，然而重建基板表面的特征可以在大小、形狀、間距及配置上與圖中所示不同，而且可以包括例如圓柱形特征、梯形特征、球形特征及隨機(jī)放置的特征。

圖4提供依據(jù)一些實(shí)施方式用于制造如圖3圖示的薄膜電池的工藝流程，所述薄膜電池包括三維重建的CCC表面。用于制造薄膜電池的工藝流程可以包括：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；在所述重建CCC上沉積陰極層(404)；以及在所述陰極層上沉積電解質(zhì)層(405)；其中所述陰極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為大致與所述重建CCC的三維重建表面一致的三維表面。電池的制造可以以沉積例如陽(yáng)極、陽(yáng)極集電器(ACC)、保護(hù)涂層及電觸點(diǎn)來(lái)完成(406)。如以上參照?qǐng)D3所提到的，電解質(zhì)-陽(yáng)極和陽(yáng)極-ACC的界面也可以是大致與所述重建CCC的三維重建表面一致的三維表面。

CCC的表面可以通過(guò)本文中更詳細(xì)描述的激光處理而重建，或者可以使用另一種處理，例如機(jī)械粗糙化(例如噴珠(bead blasting))、等離子體處理及離子轟擊。注意到的是，這些非熱的其他處理中的一些處理可適用于三維重建陰極及/或電解質(zhì)的相(phase)和結(jié)晶度(crystallinity)需要被保留的陰極及/或電解質(zhì)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，并強(qiáng)烈吸收激光能量，而且適用于以上參照?qǐng)D4描述的工藝；一些示例的CCC材料是具有一些粘合層的Au或Pt等。對(duì)于這些基板，使用激光能量源來(lái)重建名義上平面的CCC表面，以在表面上形成三維特征。使用的激光處理通量(根據(jù)CCC的材料通常<2J/cm²)低于材料的剝蝕閾值但高于材料的熔化閾值-通常將小于2J/cm²的通量使用于Ti和Au。使用這種通量水平的激光照射基板表面導(dǎo)致三維特征的形成，所述三維特征例如錐形表面結(jié)構(gòu)，然而這些三維特征的形狀、高度、及密度可以通過(guò)調(diào)整激光處理參數(shù)來(lái)控制，激光處理參數(shù)例如波長(zhǎng)、通量、脈沖頻率、照射次數(shù)等。通常將高功率(例如>100W)的納秒脈沖激光、或甚至微秒脈沖激光使用于此表面重建處理。注意到的是，這個(gè)實(shí)施方式非常適合形成在透明基板(例如玻璃、石英、云母等)上的薄膜電池，然而本實(shí)施方式并不限于使用這些基板，而且對(duì)于例如非透明基板也同樣有用。

應(yīng)當(dāng)指出的是，基板和CCC表面可以使用傳統(tǒng)的掩膜成像，并在隨后通過(guò)濕及/或等離子體蝕刻來(lái)重建。然而，當(dāng)與本文揭示的實(shí)施方式的工藝相比時(shí)，這種作法只能容易地用于有限數(shù)量的材料，例如硅，而且涉及多個(gè)步驟，并對(duì)薄膜電池產(chǎn)品的制造增加了顯著的成本。此外，發(fā)明人已評(píng)估了在沉積電解質(zhì)之前激光重建LiCoO₂陰極層，而且確定LiCoO₂陰極層的激光重建會(huì)導(dǎo)致LiCoO₂層相分離(phase separation)成高溫(HT)LCO和Co₃O₄，此舉整體負(fù)面地影響了電池的性能，因此對(duì)于薄陰極薄膜電池是非常不理想的。(雜質(zhì)相Co₃O₄對(duì)電池充電容量不利，而且也對(duì)循環(huán)壽命不利。)

陰極層的實(shí)例是LiCoO₂層，陽(yáng)極層的實(shí)例是Li金屬層，電解質(zhì)層的實(shí)例是LiPON層。然而，可以預(yù)期的是，可以使用范圍廣泛的陰極材料，例如NMC(NiMnCo氧化物)、NCA(NiCoAl氧化物)、LMO(Li_xMnO₂)、LFP(Li_xFePO₄)、LiMn尖晶石等，可以使用范圍廣泛的陽(yáng)極材料，例如Si、Sn、C等，而且可以使用范圍廣泛的含鋰電解質(zhì)材料，例如LLZO(LiLaZr氧化物，例如Li₇La₃Zr₂O₁₂)、LiSiCON、Ta₂O₅等。用于這些層的沉積技術(shù)可以是任何能夠提供所需成分、相及結(jié)晶度的沉積技術(shù)，而且可以包括諸如PVD(物理氣相沉積)、反應(yīng)濺射(reactive sputtering)、不反應(yīng)濺射(non-reactive sputtering)、RF(射頻)濺射、多頻濺射(multi-frequency sputtering)、蒸鍍、CVD(化學(xué)氣相沉積)、ALD(原子層沉積)等沉積技術(shù)，而且當(dāng)可以應(yīng)用非真空技術(shù)時(shí)，沉積技術(shù)還可以包括狹縫式涂布(slot die coating)、等離子體噴涂、噴霧熱解(spray pyrolysis)、電鍍、基于漿料的遮蔽(slurry based screening)等。

為5依據(jù)一些實(shí)施方式的用于制造薄膜電池的處理系統(tǒng)500的示意圖。處理系統(tǒng)500包括到集群工具502的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口(standard mechanicalinterface,SMIF)501，集群工具502配備有可在上述工藝步驟中利用的反應(yīng)等離子體清洗(reactive plasma clean,RPC)腔室503及處理室C1-C4(504、505、506及507)。也可以將手套箱(glovebox)508附接于所述群集工具。手套箱可以將基板保存在惰性環(huán)境中(例如在諸如He、Ne或Ar等稀有氣體的下)，此舉在堿金屬/堿土金屬沉積之后是有用的。若有需要還可以使用到手套箱的前置腔室509–該前置腔室是氣體交換腔室(惰性氣體到空氣，反之亦然)，該前置腔室允許基板被傳送進(jìn)入和離開(kāi)手套箱而不污染手套箱中的惰性環(huán)境。(請(qǐng)注意，手套箱可被置換成露點(diǎn)足夠低的干燥室內(nèi)環(huán)境，因此由鋰箔制造商使用。)腔室C1-C4可被設(shè)置用于制造薄膜電池的工藝步驟，這些工藝步驟可以包括例如：在基板上沉積CCC，接著通過(guò)激光處理三維重建CCC的表面，接著在重建的CCC表面上沉積陰極層，接著如上所述，在所述陰極層上沉積電解質(zhì)層(例如在N₂中RF濺射Li₃PO₄靶材而得的LiPON)。(請(qǐng)注意，所述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(dú)立的工具中完成。)適當(dāng)?shù)娜杭ぞ咂脚_(tái)的實(shí)例包括顯示器群集工具。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然已圖示出群集布置的處理系統(tǒng)500，但也可以使用線性系統(tǒng)，在該線性系統(tǒng)中處理室被布置在沒(méi)有移送室的生產(chǎn)線中，使得基板從一個(gè)腔室連續(xù)移動(dòng)到下一個(gè)腔室。

圖6表示依據(jù)一些實(shí)施方式的具有多種在線工具601至699(包括工具630、640、650)的在線制造系統(tǒng)600的圖像。在線工具可以包括用于沉積薄膜電池的所有層的工具、及用于三維重建基板和CCC其中之一的表面的工具。此外，在線工具可以包括預(yù)處理和后處理腔室。例如，工具601可以是抽真空腔室，用于在基板移動(dòng)通過(guò)真空氣鎖602進(jìn)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(yīng)注意的是，工藝生產(chǎn)線中的工藝工具和特定工藝工具的順序?qū)⒒谒褂玫木唧w薄膜電池制造方法來(lái)決定，例如，如上述工藝流程中指定的那樣。此外，可以將基板移動(dòng)通過(guò)方向?yàn)樗交虼怪钡脑诰€制造系統(tǒng)。

為了說(shuō)明基板通過(guò)例如圖6所示的在線制造系統(tǒng)的移動(dòng)，在圖7中將基板輸送帶701表示為只有一個(gè)在線工具630在適當(dāng)位置。如所指出的那樣，將包含基板703的基板托架702(基板托架被表示為部分剖開(kāi)的形式，使得基板可以被看見(jiàn))安裝在輸送帶701或等效裝置上，用于將托架和基板移動(dòng)通過(guò)在線工具630。在一些實(shí)施方式中，用于處理工具630的在線平臺(tái)可被構(gòu)造以用于垂直基板，而且在一些實(shí)施方式中可被構(gòu)造以用于水平基板。

依據(jù)某些實(shí)施方式的用于制造薄膜電池的設(shè)備的一些實(shí)例如下。依據(jù)一些實(shí)施方式的用于制造薄膜電池的設(shè)備可以包括：第一系統(tǒng)，用于三維重建基板的表面以形成重建基板表面；第二系統(tǒng)，用于在所述重建基板表面上沉積第一集電器(FCC)層；第三系統(tǒng)，用于在所述FCC層上沉積電極層；以及第四系統(tǒng)，用于在所述電極層上沉積電解質(zhì)層；其中所述電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為第一三維表面，所述第一三維表面大致與所述重建基板表面一致。所述第一系統(tǒng)可以包含例如激光剝蝕圖案化系統(tǒng)，在實(shí)施方式中所述第一系統(tǒng)可以包含離子濺射系統(tǒng)，而且在實(shí)施方式中所述第一系統(tǒng)可以包含機(jī)械粗糙化系統(tǒng)(例如珠擊機(jī))。此外，在實(shí)施方式中，所述設(shè)備可以進(jìn)一步包含：第五系統(tǒng)，用于在所述電解質(zhì)層上沉積第二電極層；其中所述第四系統(tǒng)沉積所述電解質(zhì)層，而且其中所述電解質(zhì)層與所述第二電極層之間的界面為大致與重建基板表面一致的第二三維表面。所述系統(tǒng)可以是群集工具、在線工具、獨(dú)立的工具、或上述工具中的單個(gè)或多個(gè)的組合。此外，所述系統(tǒng)可以包括一種或多種其他系統(tǒng)通用的一些工具。

依據(jù)一些實(shí)施方式的用于制造薄膜電池的另一種設(shè)備可以包括：第一系統(tǒng)，用于在基板的表面上沉積第一集電器(FCC)層；第二系統(tǒng)，用于三維重建所述FCC層的表面以形成重建FCC表面；第三系統(tǒng)，用于在所述重建FCC表面上沉積第一電極層；以及第四系統(tǒng)，用于在所述第一電極層上沉積電解質(zhì)層；其中所述第一電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為第一三維表面，所述第一三維表面大致與所述重建FCC表面一致。所述第二系統(tǒng)可以包含例如激光剝蝕圖案化系統(tǒng)，在實(shí)施方式中所述第二系統(tǒng)可以包含離子濺射系統(tǒng)，而且在實(shí)施方式中所述第二系統(tǒng)可以包含機(jī)械粗糙化系統(tǒng)(例如珠擊機(jī))。此外，在實(shí)施方式中，所述設(shè)備可以進(jìn)一步包含：第五系統(tǒng)，用于在所述電解質(zhì)層上沉積第二電極層；其中所述電解質(zhì)層與所述第二電極層之間的界面為大致與重建FCC表面一致的第二三維表面。所述系統(tǒng)可以是群集工具、在線工具、獨(dú)立的工具、或上述工具中的單個(gè)或多個(gè)的組合。此外，所述系統(tǒng)可以包括一種或多種其他系統(tǒng)通用的一些工具。

雖然已經(jīng)參照基板或CCC表面的重建具體描述了本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，但進(jìn)一步的實(shí)施方式包括在電解質(zhì)沉積之后應(yīng)用相同的方法來(lái)直接重建薄膜電池的陽(yáng)極側(cè)上的一個(gè)或多個(gè)不同的界面。(此工藝也可與基板或CCC表面的重建組合來(lái)完成)。例如，電解質(zhì)層的表面可以是三維重建的-此工藝可適用于結(jié)晶電解質(zhì)材料，例如LLZO。

雖然已經(jīng)參照將CCC沉積在基板上后，接著沉積陰極、電解質(zhì)、陽(yáng)極、然后沉積ACC的薄膜電池堆疊具體描述了本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，但進(jìn)一步的實(shí)施方式包括將相同的作法使用于將ACC沉積在基板上后，接著沉積陽(yáng)極、電解質(zhì)、陰極、及CCC的薄膜電池堆疊，其中基板及/或ACC是如上所述三維重建的，而且一個(gè)或多個(gè)后續(xù)沉積的層的表面也將是大致與三維重建基板及/或CCC表面一致的三維表面。

雖然已經(jīng)參照薄膜電池具體描述了本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，但本公開(kāi)內(nèi)容的原理和教學(xué)還可被應(yīng)用于其他的電化學(xué)裝置(通常包括能量存儲(chǔ)裝置)，而且也可被應(yīng)用于電致變色(electrochromic)裝置。應(yīng)當(dāng)指出的是，在電致變色裝置的情況下，界面粗糙化可能會(huì)導(dǎo)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(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，在視覺(jué)品質(zhì)與裝置速度之間的權(quán)衡可能是值得的，此外，可以設(shè)計(jì)界面粗糙度來(lái)提供速度上的改良，同時(shí)不會(huì)過(guò)度劣化視覺(jué)外觀。

雖然已經(jīng)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公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，但本公開(kāi)內(nèi)容的原理和教學(xué)也可被應(yīng)用于某些在基板表面上沒(méi)有集電器層的薄膜電池-例如具有導(dǎo)電基板的薄膜電池。在實(shí)施方式中，薄膜電池可以包含：包含基板表面的基板，其中所述基板表面為第一三維表面；沉積在所述基板上的第一電極層，及沉積在所述第一電極層上的電解質(zhì)層；其中所述第一電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為大致與所述第一三維表面一致的第二三維表面。依據(jù)一些實(shí)施方式，一種制造薄膜電池的方法可以包含：提供基板；三維重建所述基板的表面以形成重建基板表面；在所述重建基板表面上沉積電極層；以及在所述電極層上沉積電解質(zhì)層；其中所述電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為大致與所述重建基板表面一致的第一三維表面。依據(jù)一些實(shí)施方式，一種依據(jù)一些實(shí)施方式的用于制造薄膜電池的設(shè)備可以包括：第一系統(tǒng)，用于三維重建基板的表面以形成重建基板表面；第二系統(tǒng)，用于在所述重建基板表面上沉積電極層；及第三系統(tǒng)，用于在所述電極層上沉積電解質(zhì)層；其中所述電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為大致與所述重建基板表面一致的第一三維表面。

雖然已經(jīng)參照本公開(kāi)內(nèi)容的某些實(shí)施方式具體描述了本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，但對(duì)于熟悉所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言應(yīng)顯而易見(jiàn)的是，在不偏離本公開(kāi)內(nèi)容的精神和范圍下可以做出形式和細(xì)節(jié)的變化和修改。