TW202210413A - 矽奈米粒子生產之改善與其用途 - Google Patents

矽奈米粒子生產之改善與其用途 Download PDF

Info

Publication number
TW202210413A
TW202210413A TW110144009A TW110144009A TW202210413A TW 202210413 A TW202210413 A TW 202210413A TW 110144009 A TW110144009 A TW 110144009A TW 110144009 A TW110144009 A TW 110144009A TW 202210413 A TW202210413 A TW 202210413A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
alloy
nanoparticles
conductive
silicon
silicon nanoparticles
Prior art date
Application number
TW110144009A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI802102B (zh
Inventor
培生 劉
理璋 劉
Original Assignee
香港商盈保發展有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 香港商盈保發展有限公司 filed Critical 香港商盈保發展有限公司
Publication of TW202210413A publication Critical patent/TW202210413A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI802102B publication Critical patent/TWI802102B/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • B22F1/056—Submicron particles having a size above 100 nm up to 300 nm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0408—Light metal alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0483—Alloys based on the low melting point metals Zn, Pb, Sn, Cd, In or Ga
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1084—Alloys containing non-metals by mechanical alloying (blending, milling)
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/83—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with metals; with metal-generating compounds, e.g. metal carbonyls; Reduction of metal compounds on textiles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0384—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including other non-monocrystalline materials, e.g. semiconductor particles embedded in an insulating material
    • H01L31/03845—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including other non-monocrystalline materials, e.g. semiconductor particles embedded in an insulating material comprising semiconductor nanoparticles embedded in a semiconductor matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03926—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate comprising a flexible substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/042—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling using a particular milling fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2304/00—Physical aspects of the powder
    • B22F2304/05—Submicron size particles
    • B22F2304/056—Particle size above 100 nm up to 300 nm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)

Abstract

一種用於從矽材料原料生產矽奈米粒子的方法，該方法包括以下步驟：用至少一種合金化金屬使矽材料原料合金化以形成合金；之後，加工該合金以形成合金奈米粒子；且隨後從該合金奈米粒子蒸出該合金化金屬，從而生產矽奈米粒子。

Description

矽奈米粒子生產之改善與其用途
本發明關於矽奈米粒子生產以及包含此種矽奈米粒子的組分及裝置。
矽奈米粒子有各種商業應用，包括例如作為用於製造太陽能電池裝置及電池裝置的陽極元件的材料。目前用於矽奈米粒子大規模生產的某些方法涉及使用氣相沉積或霧化法，往往在規模實施上相對昂貴，並且這種方法也往往會生產具有不適合太陽能電池及電池應用的非所欲微結構的矽奈米粒子。西門子開發的技術（即「西門子方法」）已被用於矽奈米粒子的生產，這些產品在太陽能電池應用具有適用的純度。然而，此方法被認為是相對昂貴且非環保的，因為生產1噸的太陽能等級矽估計要約200 MW·Hr的電力。碳熱還原方法已被開發成為西門子方法的潛在替代方案，然而，這些方法不會生產太陽能等級品質的矽奈米粒子，因為碳中固有包含的雜質諸如硼及磷無法被去除到適當的低水平（即去除至百萬分之一或十億分之一的水平）。可以理解，與使用當前商業方法生產矽奈米粒子有關聯的相對較高的成本也影響了包含矽奈米粒子之太陽能電池及電池裝置組件的整體製造成本，因此知悉有必要解決這個問題。
還認為，除了這些組件的生產成本之外，存在與市場上現有具有由矽奈米粒子構成的組分的某些裝置有關聯的缺點。例如，太陽能電池裝置通常可包含相對剛性及體積大的面板結構，這使得它們在這些裝置的存儲、運輸及安裝上並不實用。另一方面，由於在充電期間能夠儲存比石墨更大的鋰離子的能力，因此發現矽在可再充電鋰離子電池的陽極中作為石墨的替代材料的使用越來越多。然而，當完全充電時，矽通常可以膨脹到其一般體積的3倍以上，這往往會破壞陽極內的電接觸，並且導致矽材料龜裂，水分可藉由該龜裂料滲入陽極以進一步損害陽極的操作。減輕這個問題的一種方案是簡單地將電池充電到其全部容量的一部分量，以限制陽極中矽的膨脹量。另一種方案是在陽極材料中提供石墨及矽粒子的混合物，以尋求在改善鋰離子存儲容量（借助矽奈米粒子）並同時減輕陽極材料的整體膨脹量（借助於膨脹程度遠小於矽的石墨粒子）之間取得平衡。然而，此等方案往往會使電池中陽極材料的整體潛在存儲容量的使用效率不彰。因此，存在解決因電池的陽極材料中矽奈米粒子的膨脹所產生問題的需要，以便利用矽陽極材料的優良存儲容量。
本發明尋求減輕至少一種以上所述問題。
本發明可涉及數種廣泛的形式。本發明的具體實例可包括本文所述的不同廣泛形式的一種或任何組合。
一個廣泛形式中，本發明提供一種用於從矽材料原料生產矽奈米粒子的方法，該方法包括以下步驟： (i)    用至少一種合金化金屬將矽材料原料合金化以形成合金； (ii)   加工該合金，以形成合金奈米粒子；及 (iii)  從該合金奈米粒子蒸出該合金化金屬，藉此實質上生產矽奈米粒子。
較佳者，步驟(ii)包括形成具有約在100-150 nm範圍直徑的合金粒子。
較佳者，步驟(ii)可包括球磨該合金以形成合金奈米粒子。
較佳者，步驟(ii)可在受控制的環境下進行以減輕該合金奈米粒子的氧化。通常，該受控制的環境包括研磨室，其中該合金經設置於該研磨室中的以下至少一者球磨：惰性氣體、油、柴油、煤油、脫水乙醇、N-甲基-2-吡咯烷酮(「NMP」)以及其它合適的有機溶劑。
可替代的，該合金可為液體形式且步驟(ii)可包括將該合金霧化以形成該合金奈米粒子。
較佳者，步驟(iii)可包括在真空爐內從該合金奈米粒子蒸出該合金化金屬。
較佳者，根據步驟(iii)生產的該矽奈米粒子可包括約在50 nm-150 nm範圍附近的直徑。某些具體實例中，可在步驟(iii)之後進行進一步視需要的步驟，其中該矽奈米粒子在受控制的環境經受進一步研磨方法，而使由該奈米矽粒子構成的多孔結構裂開。較佳者，該受控制的環境可包括用脫水乙醇填充研磨室。
較佳者，該合金化金屬可包括鋅及鎂中之至少一種。
進一步廣泛形式中，本發明提供一種用於從矽材料原料生產矽奈米粒子的裝備，該裝備包括： 用於用至少一種合金化金屬使矽材料原料合金化以形成合金的裝備； 用於加工該合金以形成合金奈米粒子的裝備；及 用於從該合金奈米粒子蒸出該合金化金屬、藉此生產矽奈米粒子的裝備。
較佳者，用於加工該合金以形成該合金粒子的裝備可經配置以形成具有約在100-150 nm範圍直徑的合金奈米粒子。
較佳者，用於加工該合金以形成該合金粒子的裝備可包括球磨裝備，其具有研磨室，其中該合金粒子能夠在受控制的環境經球磨以減輕該合金奈米粒子的氧化及/或由於研磨室內壓力累積的***。
較佳者，該裝備可經配置使該矽奈米粒子在受控制的環境經受研磨方法，而使由該奈米矽粒子構成的多孔結構裂開。
通常，該受控制的環境可包括研磨室，其中該合金經設置於其中的以下至少一者球磨：惰性氣體、油、柴油、煤油、脫水乙醇、N-甲基-2-吡咯烷酮(「NMP」)以及其它合適的有機溶劑。
可替代的，用於加工該合金以形成該合金奈米粒子的裝備可包括使呈液體形式的該合金霧化的裝備。
較佳者，用於從該合金奈米粒子蒸出該合金化金屬而生產矽奈米粒子的裝備可包括真空爐。
較佳者，用於從該合金奈米粒子蒸出該合金化金屬而生產該矽奈米粒子的裝備可經配置以生產具有約在50 nm-150 nm範圍附近直徑的矽奈米粒子。
較佳者，合金化金屬可包括鋅及鎂中之至少一種。
另一廣泛形式中，本發明提供一種從矽材料原料生產矽奈米粒子的方法，該方法包括以下步驟： (i)    用至少一種合金化金屬使矽材料原料合金化以形成合金錠； (ii)   蒸餾該合金錠而生產多孔矽錠；及 (iii)  加工該多孔矽錠以形成矽奈米粒子。
較佳者，步驟(iii)包括研磨該矽錠以形成具有約在50 nm-150 nm範圍附近直徑的奈米矽粒子。更佳者，藉球磨該矽錠而對該矽錠加工。
進一步廣泛形式中，本發明提供一種從矽材料原料生產矽奈米粒子的裝備，該裝備包括： 用於用至少一種合金化金屬使矽材料原料合金化以形成合金錠的裝備； 用於蒸餾該合金錠而生產多孔矽錠的裝備；以及 用於加工該多孔矽錠以形成矽奈米粒子的裝備。
較佳者，用於加工該多孔矽錠以形成該矽奈米粒子的裝備包括用於研磨該矽錠以形成具有約在50 nm-150 nm範圍直徑的奈米矽粒子的裝備。更佳者，該裝備包括球磨裝備。
另一廣泛形式中，本發明提供一種用於將太陽能轉換成為電能的太陽能電池裝置，該太陽能電池裝置包括： 感光元件，其包括與p型層藉其間的接合區域接觸地連接的n型層，該感光元件的該n型層及接觸地連接的p型層經配置成使得在回應暴露於太陽能的該感光元件時，自由電子能夠被感光元件釋放，從而提供電流通過負載裝置，在該感光元件的該p層及該n層之間形成外部電路； 其中該n型層及該p型層包括至少一種導電基材，其具有沉積在該至少一種導電基材的表面結構上的矽奈米粒子。
較佳者，該導電基材可包括可撓性結構。亦較佳者，該導電基材可包括含有導電紡織元件的織物層。較佳者，該導電紡織元件可藉由以下所述形成： (i)    用帶負電荷的聚電解質改質該紡織元件的表面；以及 (ii)   用金屬粒子塗覆紡織元件的經改質表面。
亦較佳者，該導電紡織元件可經配置而具有由可能有助於捕獲在其上沉積的矽奈米粒子的金屬粒子塗層形成的表面結構。舉例而言，該導電紡織元件可以包括設置在其上的樹枝型及/或格柵型表面結構，其藉由該導電紡織元件的金屬粒子的塗覆以形成，其可以經配置為用於接收及/或捕獲沉積的矽奈米粒子，從而有助於將該矽奈米粒子保持在導電紡織元件的表面結構上。矽奈米粒子可以例如填充及/或被捕獲在由金屬粒子塗層形成的導電紡織元件的表面結構中的凹槽、凹穴及缺陷中。此外，形成該導電織物的複數個導電紡織元件可以經配置為形成複合紡織元件（例如紗，線等），例如藉由纏繞該複數個導電紡織元件，且沉積在該織物的該複合導電紡織元件上的矽奈米粒子可以被接收及/或捕獲在每個個別紡織元件的表面結構的凹穴內，並且還可以被捕獲及/或纏結在該纏繞紡織的表面結構之間。可以使用任何合適的技術及方法在電性紡織元件上形成這種表面結構，例如在將金屬粒子塗覆到天然或合成紡織元件的過程中並適當地加工該金屬粒子塗層以產生所欲表面結構特徵，如其他具體實例所述。亦較佳者，矽奈米粒子可以被配置為提供可以包封該導電織物及/或形成該織物的至少一些該導電紡織元件的塗層。較佳者，在特別廣泛形式的功能內容中，該導電基材可以具有小於50微米的近似厚度。可替代的，在其他具體實例中，可以想像，該導電基材可以不必包括藉由將金屬粒子沉積到天然或合成紡織元件上以形成的導電紡織元件，而是可以藉由從金屬塊模製、抽拉、拉伸、及/或擠出細長金屬紡織元件。
較佳者，步驟(i)可包括藉由原位自由基聚合用帶負電荷的聚電解質改質紡織元件的表面。
較佳者，帶負電荷的聚電解質可包括聚(甲基丙烯酸鈉鹽)及聚(丙烯酸鈉鹽)中之至少一種。
較佳者，步驟(i)可包括用帶負電荷的聚電解質改質紡織元件的矽烷化表面。
較佳者，步驟(ii)可包括藉由無電金屬沉積、用金屬粒子塗覆該紡織元件的經改質表面。
較佳者，該金屬粒子可包括銅粒子及鎳粒子中之至少一種。
較佳者，該紡織元件可包括任何合適的天然或人造纖維或紗，或者，包括此種天然或人造纖維或紗的其摻合物或複合物結構。通常，該紡織元件可包括以下至少一者：聚酯、尼龍、棉、絲、黏膠人造絲、羊毛、亞麻紗或纖維，或其任何摻合物或複合物結構。
較佳者，形成該織物層的該導電紡織元件可被編織在一起。
較佳者，該n型及p型層包括經摻雜的矽奈米粒子。可替代的，某些具體實例中，該矽奈米粒子在當例如電子激發係來自外部來源時不見得必須經摻雜。
較佳者，該矽奈米粒子可根據本發明本文所述任一廣泛形式生產。
較佳者，該矽奈米粒子可經印刷或塗覆於至少一種織物層上以形成該n型及p型層。
較佳者，該n型層可經設置於第一織物層上且該p型層可經設置於第二織物層上，該第一及第二織物層包括導電紡織元件。
較佳者，本發明可包括鄰接於n型層的透明保護層。
較佳者，本發明可包括經配置用於與n型層電連接之透明導電層。
進一步的廣泛形式，本發明提供用一種於將太陽能轉換成電流的太陽能電池裝置，該太陽能電池具有： 第一及第二導電端子，其經配置供用於與負載裝置電連接，使得電流能夠從太陽能電池流經該負載裝置而為該負載裝置供電；以及 電流產生模組，其包括電洞供體元件及電子供體元件，其經配置用於回應暴露於太陽能的電流產生模組而產生電流； 其中，該第一導電端子包括其上具有沉積矽奈米粒子的第一導電基材，經配置用作該電流產生模組的該電洞供體元件，且，該第二導電端子包括其上具有沉積矽奈米粒子的第二導電基材，其經配置用作電流產生模組的該電子供體元件。
較佳者，該導電基材可包括可撓性結構。較佳者，該第一及第二導電基材中之至少一種可包括含有導電紡織元件的織物層。較佳者，在此特別廣泛形式的功能性內容中，該導電基材可具有小於50微米的近似厚度。
較佳者，該導電紡織元件可藉由以下所述形成： (i)    用帶負電荷的聚電解質改質該紡織元件的表面；以及 (ii)   用金屬粒子塗覆該紡織元件的經改質表面。
亦較佳者，該導電紡織元件可經配置而具有由可能有助於捕獲在其上沉積的矽奈米粒子的金屬粒子塗層形成的表面結構。舉例而言，導電紡織元件可以包括設置在其上的樹枝型及/或格柵型表面結構，其藉由導電紡織元件的金屬粒子的塗覆以形成，其可以經配置為用於接收及/或捕獲沉積的矽奈米粒子，從而有助於將矽奈米粒子保持在導電紡織元件的表面結構上。矽奈米粒子可以例如填充及/或被捕獲在由金屬粒子塗層形成的導電紡織元件的表面結構中的凹槽、凹穴及缺陷中。此外，形成導電織物的複數個導電紡織元件可以經配置為形成複合紡織元件（例如紗，線等），例如藉由纏繞該複數個導電紡織元件，且沉積在該織物的該複合導電紡織元件上的矽奈米粒子可以被接收及/或捕獲在每個個別紡織元件的表面結構的凹穴內，並且還可以被捕獲及/或纏結在該纏繞紡織的表面結構之間。可以使用任何合適的技術及方法在電性紡織元件上形成這種表面結構，例如在將金屬粒子塗覆到天然或合成紡織元件的過程中並適當地加工該金屬粒子塗層以產生所欲表面結構特徵，如其他具體實例所述。亦較佳者，矽奈米粒子可以被配置為提供可以包封該導電織物及/或形成該織物的至少一些該導電紡織元件的塗層。較佳者，在特別廣泛形式的功能內容中，該導電基材可以具有小於50微米的近似厚度。可替代的，在其他具體實例中，可以想像，該導電基材可以不必包括藉由將金屬粒子沉積到天然或合成紡織元件上以形成的導電紡織元件，而是可以藉由從金屬塊模製、抽拉、拉伸、及/或擠出細長金屬紡織元件。
較佳者，步驟(i)可包括藉由原位自由基聚合用帶負電荷的聚電解質改質紡織元件的表面。
較佳者，該帶負電荷的聚電解質可包括聚(甲基丙烯酸鈉鹽)及聚(丙烯酸鈉鹽)中之至少一種。
較佳者，步驟(i)可包括用帶負電荷的聚電解質改質紡織元件的矽烷化表面。
較佳者，步驟(ii)可包括藉由無電金屬沉積用金屬粒子塗覆紡織元件的經改質表面。
較佳者，該金屬粒子可包括銅粒子及鎳粒子中之至少一種。
較佳者，該紡織元件可包括任何合適的天然或人造纖維或紗或其組合。
較佳者，該紡織元件可包括聚酯、尼龍、棉、絲、黏膠人造絲、羊毛、亞麻紗或纖維中之至少一種。
較佳者，形成該織物層的該導電紡織元件可被編織在一起。
較佳者，該矽奈米粒子可根據本發明本文所述任一方法生產。
較佳者，該矽奈米粒子可沉積在至少一種織物層上。
較佳者，該第一導電端子可由包括導電紡織元件的第一織物層形成，且該第二導電端子係由包括導電紡織元件的第二織物層形成。
較佳者，本發明可包括透明保護層。
進一步廣泛形式中，本發明提供一種生產導電紡織元件的方法，該方法包括以下步驟： (i)    用帶負電荷的聚電解質改質紡織元件的表面；以及 (ii)   用金屬粒子塗覆該紡織元件的經改質表面。
較佳者，步驟(i)可包括藉由原位自由基聚合用帶負電荷的聚電解質改質該紡織元件的表面。
較佳者，該帶負電荷的聚電解質可包括聚(甲基丙烯酸鈉鹽)及聚(丙烯酸鈉鹽)中之至少一種。
較佳者，步驟(i)可包括用帶負電荷的聚電解質改質紡織元件的矽烷化表面。
較佳者，步驟(ii)可包括藉由無電金屬沉積用金屬粒子塗覆紡織元件的經改質表面。
較佳者，該金屬粒子可包括銅粒子及鎳粒子中之至少一種。
較佳者，該紡織元件可包括任何合適的天然或人造纖維或紗，或者，任何此種天然或人造纖維或紗的摻合物或複合物結構，其經配置用於形成織物。
通常，該紡織元件可包括聚酯、尼龍、棉、絲、黏膠人造絲、羊毛、亞麻紗或纖維，或其任何摻合物或複合物結構中之至少一種。
進一步廣泛形式中，本發明提一種供用於生產導電紡織元件的裝備，其包括： 用於用帶負電荷的聚電解質改質該紡織元件的表面的裝備；以及 用於用金屬粒子塗覆該紡織元件的經改質表面的裝備。
較佳者，用於用該帶負電荷的聚電解質改質該紡織元件的表面的裝備可經配置以藉由原位自由基聚合用帶負電荷的聚電解質改質該紡織元件的表面。
較佳者，該帶負電荷的聚電解質可包括聚(甲基丙烯酸鈉鹽)及聚(丙烯酸鈉鹽)中之至少一種。
較佳者，用於用該帶負電荷的聚電解質改質該紡織元件的表面的裝備可經配置而用帶負電荷的聚電解質改質紡織元件的矽烷化表面。
較佳者，該塗覆裝備可經配置以藉由無電金屬沉積用金屬粒子塗覆該紡織元件的經改質表面。
較佳者，該金屬粒子可包括銅粒子及鎳粒子中之至少一種。
較佳者，該紡織元件可包括任何合適的天然或人造纖維或紗，或者，任何此種天然或人造纖維或紗的摻合物或複合物結構。
通常，該紡織元件可包括聚酯、尼龍、棉、絲、黏膠人造絲、羊毛、亞麻紗或纖維，或其任何摻合物或複合物結構中之至少一種。
進一步廣泛形式中，本發明提供根據本發明第一廣泛形式的方法步驟生產的導電紡織元件。
進一步廣泛形式中，本發明提供由至少一種紡織元件形成的織物，其中該至少一種紡織元件係根據本發明任何一種廣泛形式的方法步驟生產。通常，該織物可具有小於100微米的近似厚度。
進一步廣泛形式中，本發明提供電池裝置，其包括陽極元件，該陽極元件包括具有經由金屬粒子塗層形成的表面結構的導電基材，該表面結構經配置為捕獲沉積在其上的矽奈米粒子。較佳者，該矽奈米粒子可經調整以包封該導電基材的表面結構。舉例而言，該基材的導電紡織元件可以包括設置在其上的樹枝型及/或格柵型表面結構，其藉由該導電紡織元件的金屬粒子以形成，其可以經配置為用於接收及/或捕獲沉積的矽奈米粒子，從而有助於將矽奈米粒子保持在該導電紡織元件的表面結構上。矽奈米粒子可以例如填充及/或被捕獲在由金屬粒子塗層形成的導電紡織元件的表面結構中的凹槽、凹穴及缺陷中。此外，形成導電織物的複數個導電紡織元件可以經配置為形成複合紡織元件（例如紗，線等），例如藉由纏繞該複數個導電紡織元件，且沉積在該織物的該複合導電紡織元件上的矽奈米粒子被接收及/或捕獲在每個個別紡織元件的表面結構的凹穴內，並且還可以被捕獲及/或纏結在該纏繞紡織的表面結構之間。可以使用任何合適的技術及方法在電性紡織元件上形成這種表面結構，例如在將金屬粒子塗覆到天然或合成紡織元件的過程中並適當地加工該金屬粒子塗層以產生所欲表面結構特徵，如其他具體實例所述。亦較佳者，矽奈米粒子可以被配置為提供可以包封該導電織物及/或形成該織物的至少一些該導電紡織元件的塗層。較佳者，該導電基材可以具有小於100微米的近似厚度。
較佳者，該導電基材可包括可撓性結構。
較佳者，該導電基材可包括含有導電紡織元件的織物層。
較佳者，該導電基材的該導電紡織元件可藉由以下形成： (i)    用帶負電荷的聚電解質改質該紡織元件的表面；以及 (ii)   用金屬粒子塗覆該紡織元件的經改質表面。
較佳者，步驟(i)可包括藉由原位自由基聚合用帶負電荷的聚電解質改質該紡織元件的表面。
較佳者，該帶負電荷的聚電解質可包括聚(甲基丙烯酸鈉鹽)及聚(丙烯酸鈉鹽)中之至少一種。
較佳者，步驟(i)可包括用帶負電荷的聚電解質改質紡織元件的矽烷化表面。
較佳者，步驟(ii)可包括藉由無電金屬沉積用金屬粒子塗覆該紡織元件的經改質表面。
較佳者，該金屬粒子可包括銅粒子及鎳粒子中之至少一種。
較佳者，該紡織元件可包括任何合適的天然或人造纖維或紗或其組合。
通常，該紡織元件可包括聚酯、尼龍、棉、絲、黏膠人造絲、羊毛、亞麻紗或纖維，或其任何摻合物或複合物結構中之至少一種。
較佳者，形成該織物層的該導電紡織元件可被編織在一起。
較佳者，該矽奈米粒子可根據本發明本文所述任何一種廣泛形式生產。
較佳者，在沉積該矽奈米粒子至導電基材上期間可使用超音波束(supersonic beam)。
進一步廣泛形式中，本發明提供用於根據本發明任何一種廣泛形式的電池裝置的陽極元件。
現在將參考圖1至25描述本發明的示範性具體實例。
首先參考圖1，示意性說明在諸如棉紗的紡織基材上製備PMANa聚電解質的過程。該具體實例涉及原位自由基聚合方法，其可以在棉紗上例如藉由製備聚（甲基丙烯酸鈉鹽）（PMANa）塗覆棉紗進行。然後可以進行隨後的離子交換、離子還原及金屬粒子無電沉積到PMANa塗覆棉紗上，以產生用於商業規模製造合適品質的導電棉紗。應該指出的是，這個具體實例也可以適用於在紡織基材上製備PAANa聚電解質。
在進行該方法時，首先將棉紗浸入5-20％（v / v）具有C = C鍵的矽烷溶液中約30分鐘，以使纖維素的羥基與矽烷分子適當地反應。然後用新鮮的去離子（DI）水徹底沖洗棉紗，以除去任何過量的物理吸附的矽烷及副產物分子。此矽烷化步驟在圖1中用（100）代表。
然後將清洗過的棉紗置於100-120℃的烘箱中約15-30分鐘以完成縮合反應。隨後，將經矽烷改質的棉紗浸入包含3-7g MANa粉末及35-75mg K2 S2 O8 （類似地，對於PAANa聚電解質可以使用AANa粉末）的約50mL水溶液中。將整個溶液混合物與棉紗在60-80℃的烘箱中加熱0.5-1小時以進行自由基聚合。在自由基聚合方法中，矽烷的雙鍵可以被自由基打開，導致PMANa聚電解質在棉纖維表面生長。這個自由基聚合的步驟在圖1中由（110）代表。
之後，將PMANa塗覆的棉紗浸入39g/L硫酸銅（II）五水合物溶液中0.5-1小時，其中Cu2+ 離子藉由離子交換被固定在聚合物上。隨後在0.1-1.0 M硼氫化鈉溶液中還原，Cu2+ 會被還原成Cu粒子，其在隨後的Cu的無電沉積中用作Cu生長的成核位點。這個離子交換及還原的步驟在圖1中由（120）代表。
將在硼氫化鈉溶液中還原後的聚合物塗覆棉浸入由12 g/L氫氧化鈉、13 g/L硫酸銅（II）五水合物、29 g/L酒石酸鉀鈉及9.5 mL/ L甲醛水溶液組成之銅無電鍍浴中60-180分鐘。用去離子（DI）水沖洗合成的Cu塗覆紗並吹乾。執行無電金屬沉積的步驟由圖1中的（130）代表，並且根據該第一具體實例的方法步驟生產的示範性Cu塗覆的棉紗在圖2中由（200）代表。
經矽烷改質棉及PMANa接枝棉可以由傅里葉變換紅外光譜（FTIR）表徵。如圖3所示，位於1602及1410 cm-1 的額外峰的存在代表矽烷分子中的C=C鍵。另一個獨特的峰位於769 cm-1 處，歸因於Si-O-Si對稱伸展，顯示矽烷分子在棉纖維表面上成功地彼此交聯。對PMANa改質棉樣品而言，位於1549 cm-1 處的新峰代表羧酸鹽不對稱伸展振動，確認PMANa接枝。位於1455及1411 cm-1 的其他峰都歸因於來自PMANa的羧酸鹽對稱伸展振動。
PMANa接枝棉也可以由能量色散X射線光譜（EDX）來表徵。在圖4中顯示，MANa的聚合讓棉樣品帶有鈉元素，其顯示PMANa的存在。進一步參考圖5的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像，在矽烷化棉纖維表面及原棉纖維表面的表面上的形態之間未能明顯看出明顯差異。然而，PMANa在矽烷化棉纖維表面聚合後，注意到在棉纖維表面裹了一層塗層。圖5D-F顯示銅金屬粒子相對均勻地沉積，沒有任何裂紋跡象。
經銅塗覆棉紗的電導率可以藉由雙探針電氣測試方法來表徵。在這方面，如圖6A所示，發現所製造經銅塗覆紗的線性電阻為〜1.4 Ω/ cm，與未處理的棉線相比具有優越的拉伸性能，同時拉伸伸長（+33.6％）及最大負載（+ 27.3％）提高，如圖6B所示。可知拉伸伸長率及最大負載的增加是由於銅層強化棉紗的強度。
為了進一步測試銅在棉紗表面上的附著力及洗滌耐久性，首先將銅塗覆棉紗編織成織物。如圖7A所示合成的銅塗覆棉紗首先藉由工業紗捲繞機如圖7B所示捲繞在圓錐體上。之後，如圖7C所示，將圓錐體轉移到CCI編織機中，由此將銅塗覆的紗線編織成織物。在編織設定中，將銅塗覆的棉紗線經配置以形成織物的緯紗，而織物的經紗由未處理的棉紗形成，如圖7D的插圖所示，其初始安裝在編織機。在編織過程中沒有發現任何問題或缺陷。編織後，如圖7D所示，將織物切成5 cm×15 cm的片塊並在四個邊緣處塗覆，隨後在以下洗滌條件下根據測試標準AATCC測試方法61-測試編號2A：Colorfastness to Laundering, Home and Commercial: Accelerated (Machine Wash)（圖7E）進行一系列的洗滌循環：
洗滌溫度 49±2 ˚C
去離子水體積 150 mL
加入鋼球數 50 pcs
洗滌時間 45分鐘
應該注意的是，根據測試標準，1個洗滌循環相當於大約5個商業機器洗滌循環。總共進行了6次洗滌循環，因此認為這相當於大約30次商業機器洗滌循環。洗滌過的織物的電阻變化能夠用四探針方法進行評估，由此根據這個具體實例生產的織物片電阻被測量為0.9±0.2 ohm/ sq（未洗滌），且在第四次洗滌之後為73.8±13.4 ohm/ sq，這相當於如圖8所示大約20次商業機器洗滌循環。
經洗滌的銅塗覆棉紗的表面形態能夠藉由使經洗滌的銅塗覆棉紗線從織物脫散並在SEM下檢查來表徵。如圖9的SEM圖像所示，明顯可見銅金屬粒子保留在棉纖維的表面上。片電阻增加的一個可以理解的原因是由於重複洗滌循環引起棉纖維的鬆散結構。
還要注意的是，在對所生產的織物施加標準洗滌循環的過程中，為了模擬洗衣機的劇烈摩擦力及拉伸力，將50個鋼球添加到洗滌筒中。鋼球在織物上的磨損實質上影響纖維結構。由於銅塗覆的棉纖維不再以緊密的方式固定在一起，可以理解棉纖維彼此失去接觸，從而減少可用於電子移動的導電通路。據上所述，儘管如此，圖9中的SEM圖像證實銅金屬粒子在棉纖維表面上具有較強的附著性，但是在重複洗滌循環後片電阻增加。
在本發明的替代具體實例中，不是用銅粒子塗覆棉纖維，而是可以藉由使用與上述相同的方法將鎳金屬粒子無電鍍覆到紡織表面上。可以進行相同的實驗程序及測試，但是在離子交換程序中可以使用的鎳源為120 g/L硫酸鎳（II）溶液。隨後，使用由40 g/L硫酸鎳六水合物、20 g/L檸檬酸鈉、10 g/L乳酸及1 g/L二甲基胺硼烷（DMAB）於水中組成的無電鎳鍍浴60-180分鐘。發現所得到的經鎳塗覆棉織物的片電阻顯示與圖8所示的經銅塗覆纖維紗實質上相似的結果。參考圖10，示範性的經鎳塗覆棉織物由（300）代表，其表現鎳金屬的高度均勻性，體電阻測量為3.2Ω。
應該理解的是，本發明的其它具體實例可涉及使用除棉以外的基材，並且可以適當地應用於由天然或人造紗或纖維形成的各種紡織材料，包括例如聚酯、尼龍、棉、絲、黏膠人造絲、羊毛、亞麻紗、纖維或其組合。在這方面，根據本發明的一個具體實例生產的示範性PAANa輔助的銅塗覆紗在圖11A中由（400）代表，根據本發明一個具體實例生產的示範性PAANa-輔助鎳塗覆絲紗在圖11B中用（500）代表，根據本發明具體實例生產的示範性PAANa輔助銅塗覆尼龍紗在圖12A中用（600）代表，由根據本發明的具體實例生產的由PAANa輔助的銅塗覆的尼龍紗形成的示範性聚酯織物在圖12B中由（700）代表。
從以上本發明廣泛形式的概要中可以理解，可以方便地提供以下各種優點，包括用於整合成織物/織物之可合適地可撓、耐磨、耐用及/或可洗的導電紡織元件。此外，可以利用成本相對低的技術以成本有效方式以基於原位自由基聚合的化學反應為基礎的大規模方式生產此種高性能導電紡織元件（纖維、紗及織物）而在織物基材上生長帶負電荷的聚電解質(諸如PMANa或PAANa)，其可以方便地提供改善的帶負電荷的聚電解質層，以橋接無電沉積的金屬及紡織元件及基材。要注意的是，藉由對帶負電荷的聚電解質PMANa或PAANa層進行此種表面改質，可以大大改善導電金屬對紡織基材的附著力，其中此種導電紡織的電性能可能更可靠、堅固並且在摩擦、拉伸及洗滌的重複循環下耐用。另外，用於製備帶負電荷的聚電解質的原位自由基聚合方法可以在環境及含水條件下進行，而不使用任何強化學品。
在另一個具體實例中，提供用於由矽材料原料生產矽奈米粒子的方法和裝備。根據特定應用所需的矽奈米粒子的純度，可以使用不同等級的矽材料原料。如果所製造的矽奈米粒子的純度特別受到關注，例如在太陽能面板中使用矽奈米粒子的情況下，則可適當使用太陽能等級矽原材料。如果純度不特別受到關注，例如如果矽奈米粒子旨在用於生產電池中的陽極或陰極材料，則可以替代地適合使用冶金級矽原料。
現在參考圖13所示的方法步驟及圖14所示的裝備（900），首先使用合金化裝備（910）將矽材料原料與能夠從合金蒸出來的任何合金化金屬(例如鎂或鋅)合金化。該步驟由圖13中的方塊800代表。然而，此等具體實例中，使用的合金化金屬為鎂。鎂與矽材料原料合金化的過程是在真空條件下或在受控環境下進行的，因為鎂在高溫下是極度易燃的。該合金以約53％（原子百分比）的矽及47％的鎂的比例形成。可以使用較低百分比的矽來形成合金，然而觀察到該過程的效率將顯著降低。但是，此比例可以用來控制最終奈米矽的尺寸。也可以使用鋅或者鎂與鋅的組合作為在其它具體實例中的合金化金屬的合金化金屬，因為該金屬在兩種情況下都是可蒸出的。一旦形成，合金將典型地為錠的形式。
可以採用任何合適的加工步驟將合金錠碎裂成直徑在約100 nm-150 nm範圍內的合金粒子。該步驟由圖13中的方塊810代表。在此具體實例中，在球磨裝備（920）中將合金錠碎裂成合金奈米粒子。在將合金錠球磨成奈米粒子的步驟期間使用受控介質以減輕球磨過程中的氧化，如果在非受控介質中研磨可能在極端情況下導致***，及/或可能影響作為矽的矽奈米粒子的完整性，因為矽將被氧化。為了提供此種的受控介質，研磨室可以例如填充惰性氣體、油、柴油或煤油，脫水乙醇（即所有有機油/界面活性劑/溶劑）、N-甲基-2-吡咯烷酮（「NMP」）、其他合適的有機溶劑或其任何組合，以減輕產生氧化的風險。應該注意的是，如果根據本具體實例生產的矽奈米粒子將被用於諸如純度為相對太陽能目的的太陽能面板的應用中，則不應該使用油作為研磨介質來填充研磨室。相反的，研磨介質為真空，填充氬氣或填充脫水乙醇。較佳者，脫水乙醇可以方便地使用，因為這將在合金奈米粒子粉末從研磨室傳送到蒸餾室期間用作保護性介質，其中該合金奈米粒子隨後將進行蒸餾以從合金奈米粒子除去合金化金屬。
在替代具體實例中，藉由冶金霧化方法的使用，可以從合金(當其呈液體溶液形式)形成合金奈米粒子。便利地，根據此方法，能夠合適地控制該合金奈米粒子的粒子尺寸。形成該合金奈米粒子的方法是相對更昂貴的方法，然而在整個生產方法中的蒸餾步驟也可作為退火循環，因此在非晶型粒子中生長晶粒，這可能導致生產合適性能的矽奈米粒子供用於太陽能電池應用。
藉由利用球磨或霧化方法形成直徑約100 nm-150 nm範圍內的合金奈米粒子之後，使用蒸餾裝備（930）從合金奈米粒子中蒸出合金化金屬，讓直徑在約50 nm-150 nm範圍內的矽奈米粒子得以保留。該步驟由圖13中的方塊820表示。藉由將合金奈米粒子轉移到真空爐中進行蒸餾方法。在研磨室中填充了作為研磨介質的油之下，當合金錠已經在研磨室中進行研磨時，則已經與合金奈米粒子一起從研磨室轉移到真空爐中的油首先在約460℃的溫度下被蒸發掉或「燒掉」。然後將真空爐中的溫度在6 Pa真空下升高至大約760℃，以從合金奈米粒子中蒸出合金化金屬。真空室中溫度的變化可有助於增加所得奈米粒子的表面積，這可用於太陽能電池應用以及矽奈米粒子用於為電池提供陽極或陰極材料的應用二者。由於鎂及Si的質量與重量的差異，在真空爐步驟後得到的矽奈米粒子直徑大約在50 nm-150 nm的範圍內。在某些具體實例中，可以在蒸餾之後進行進一步的視需要步驟，其中可以在受控環境中使矽奈米粒子經受進一步的研磨過程，讓由奈米矽粒子構成的多孔結構裂開。較佳的，受控環境可以包括用脫水乙醇填充研磨室。在某些具體實例中，此步驟的不同之處在於將錠加工成相同尺寸以消除蒸餾質量的變化。蒸餾步驟有利地在矽奈米粒子內形成孔隙，並且藉由在合金中使用不同百分比的Mg或Zn（例如可蒸出金屬），可能控制如所例示SEM和BET圖像/數據的最終奈米粒子的孔隙率。矽奈米粒子表面中的此等孔隙可以在矽奈米粒子用於形成電池裝置的陽極或陰極材料的應用中特別有用。也就是說，此等孔隙可有助於減少電池充電及放電期間陽極或陰極材料的膨脹。在矽奈米粒子表面上可控制地產生孔隙的能力也是有利的，因為此等孔隙的存在為由此種奈米粒子形成的陽極或陰極結構提供額外的剛度。這類似於I型樑由於其結構而提供比普通鋼塊更大的結構剛度的方式。
在一個替代的具體實例中，由矽材料原料生產矽奈米粒子的過程可能涉及與上述不同的一系列加工步驟。矽材料原料首先與合金化金屬如鎂或鋅形成合金錠。蒸餾合金錠以生產多孔純矽錠，然後經球磨以生產直徑在約50 nm-150 nm範圍內的矽錠。在合金錠被蒸餾之前，該錠可以首先被加工形成直徑約1 cm的丸粒。約50 nm-150 nm直徑範圍附近內的矽奈米粒子藉由該方法生產，可用於例如作為電池的陽極或陰極材料的應用。此種陽極或陰極材料可以包括可撓性織物，矽奈米粒子被塗覆在其上或以其它方式結合，或者可以與傳統的碳基陽極混合。
在本發明的另一具體實例中，提供了用於將太陽能轉換成電的太陽能電池裝置。圖16顯示根據本發明具體實例製造的太陽能電池裝置的基本功能結構，其包括具有在n型層與p型層之間的接合區域接觸地連接的感光元件。感光元件的n型層及接觸地連接的p型層經配置為使得當呈光子（1130）形式的太陽能轟擊感光元件的n型層時，光子的能量在下層p型層釋放電子，然後可以穿過接合區域到達n型層並流過負載裝置，在感光元件的p層及n層之間形成外部電路。導電端子（1100，1110）也被設置在負載裝置（1120）可連接到的n型層及p型層上，以形成在n型層及p型層之間的外部電路。在某些具體實例中，導電端子（1100，1110）可以包括鋁層。
現在參考圖17，顯示太陽能電池裝置的較佳具體實例，其中n型層（1210）及p型層（1220）分別由第一織物層及第二織物層形成，該等層上具有使用任何合適沉積技術之矽奈米粒子。該第一及第二織物層由導電合成或非合成紗（或其任何摻合物或複合結構）構成，所述導電合成或非合成紗已經根據上述任何具體實例交織在一起。有利的是，經沉積的矽奈米粒子被捕獲在導電紡織元件的表面結構內，由此該表面結構可以包括具有由金屬粒子塗層形成的「凹穴」的樹枝型或格柵型結構，該金屬粒子適於被填充並捕獲其中的矽奈米粒子。此外，矽奈米粒子可以包封導電紡織元件的表面結構。圖19顯示由導電纖維（1401）形成的織物層如何由沉積在該織物層上一團矽奈米粒子（1400）包封的實例。圖20進一步顯示如何將沉積在織物層結構上的矽奈米粒子纏結在編織在一起以形成織物層的兩種不同類型的導電紡織纖維（1501，1502）的結構內的實例。圖21顯示兩種不同的紡織線結構如何經配置以形成螺旋型結構的另一個實例，在該螺旋型結構內，沉積在其上的矽奈米粒子可以方便地包封該結構及/或纏結在該結構內。圖22顯示不同直徑的紡織元件彼此纏繞以形成第一複合線（1701）的另一實例，不同直徑的紡織元件彼此纏繞以形成第二複合線（1702），並且該第一及第二複合絲線（1701，1702）進一步被配置為彼此纏繞以形成螺旋型結構。矽奈米粒子可以方便地纏結在個別的複合絲線（1701，1702）的結構內或者包封個別的複合絲線（1701，1702）的結構，或者可以纏結在包括第一及第二複合絲線（1701，1702）的總體螺旋型結構內或包封包括第一及第二複合絲線（1701，1702）的總體螺旋型結構。回到本實例，導電第一及第二織物層的導電紗的銅塗層可以包括樹枝型結構（例如，如圖5的SEM圖像「F」所示），從而沉積在第一及第二織物層的矽奈米粒子可方便地置於樹枝型結構的「凹穴」內。圖24及圖25進一步描繪可用於形成導電基材（例如織物層）的導電紡織元件（例如纖維或線）的SEM圖像，其中可見導電紡織元件包括分別具有「凹穴」的樹枝型及格柵型塗覆銅的表面結構，其中沉積在表面上的矽奈米粒子可以被捕獲/纏結。
可以採用超音波沉積技術來輔助沉積的矽奈米粒子滲透並被捕獲在織物層的紗及纖維的表面結構的凹穴中。圖15顯示例如由交織的銅塗覆的棉紗形成的示範性導電織物結構。織物的一部分以放大的視圖顯示，其中矽奈米粒子被均勻地印刷或塗覆到形成織物結構的纖維的表面上。沉積在該織物層上的矽奈米粒子適當摻雜雜質，以提供各層的n型或p型特性。方便地，銅塗覆的第一及第二導電織物層不僅提供用於形成n型及p型層（1210，1220）的可撓性結構，而且還可以提供雙重功能作為n型及p型層（1210，1220），而不需要在n型及p型層（1210，1220）上製造額外的導電端子、膜或觸點。也可以在n型層及p型層（1210，1220）的相鄰表面形成保護層，以保護這些層免受損壞。與n型層相鄰所形成的保護層由諸如乙烯乙酸乙烯酯（EVA）型材料或類似物的適當可撓性透明材料形成，從而不限制光子與感光元件接觸。與n型層或p型層相鄰所形成的任何保護層的尺寸及性質將被適當地選擇，使得不包括可能入射這些層的光的作用光譜。
在另一個較佳具體實例中，如圖18所示，太陽能電池裝置可以形成在單一織物層上。該織物層包括大約50微米或更小的厚度。如在上述實例中所示，織物層也由已經交織在一起的導電合成或非合成紗構成。在該具體實例中，首先在織物層上塗覆太陽能等級純度的p型矽奈米粒子，以形成太陽能電池的感光元件的p型層（1340）。然後在p型層（1340）的第一表面上印刷或塗覆n型矽奈米粒子以形成感光元件的n型層（1330）。然後在n型層（1330）的表面上形成透明導電氧化物層（1320），以將n型層（1330）夾在導電氧化物層與p型層（1340）之間。透明導電氧化物層（1320）作為n型層（1330）的導電端子，而導電織物作為p型層（1340）的導電端子。當連接在此等二種導電端子之間時，負載裝置形成外部電路，當感光元件被光子轟擊時，電流可通過該外部電路在n型及p型層（1330,1340）之間流動。如圖所示，在透明導電氧化物層（1320）上也形成由EVA形成的透明保護層（1310），以保護氧化物層免受損壞。如圖18所示，類似地在p型層（1340）上形成保護層（1350）。
在以上所述太陽能電池裝置具體實例中，所使用的矽奈米粒子是根據本文所述具體實例的矽奈米粒子生產方法生產。然而，應該理解，也可以使用根據任何其他方法生產的矽奈米粒子。此外，在具體實例中，n型層及p型層可以由其他適當摻雜的n型及p型奈米粒子形成，不一定是矽奈米粒子。
本發明的替代具體實例中，其中提供的太陽能電池裝置包括矽奈米粒子，該太陽能電池裝置可以不需要矽奈米粒子被摻雜以形成p層、n層及在其間的p/n接合區域。在此種具體實例中，該太陽能電池包括電流產生模組，該電流產生模組包括電洞供體元件及電子供體元件，其經配置供用於回應暴露於太陽能的電流產生模組而產生電流。第一導電端子包括具有設置在其上的矽奈米粒子的導電基材，其被配置為用作電洞供體元件，並且第二導電端子包括設置在其上的矽奈米粒子的導電基材，以用作電流產生模組的電子供體元件。當經由暴露於太陽能而被激發時，具有設置在其上的矽奈米粒子的第一及第二導電端子經配置為分別適合用作電洞供體及電子供體，用於產生太陽能電池裝置的電流。
在本發明的另一個具體實例中，提供如圖16的基礎功能圖所示的電池裝置。與使用碳材料作為陽極以幫助實現能量存儲的某些傳統的電池裝置不同，在此具體實例中，陽極元件包括在其上沉積有矽奈米粒子的導電基材（其例如可以是銅塗覆的織物）。雖然織物的結構可以由任何其他合適的天然或人造紡織元件形成，例如包括聚酯、尼龍、棉、絲、黏膠人造絲、羊毛、亞麻或任何摻合物或其複合結構，織物可例如包括編織棉紗。例如，根據本文所述的任何具體實例方法，將銅粒子塗佈到織物上。可以理解的是，在形成織物之後，可以將銅粒子直接塗覆到形成織物的編織織物元件上，然而，藉由編織或任何其他合適的織物形成技術將紡織元件形成到織物之前，可以將銅粒子塗覆到織物元件（紗線，纖維等）上。將矽奈米粒子沉積在織物的導電紡織元件的表面結構上，使得矽奈米粒子包封織物的表面結構及/或纏結在織物的紗內。在將矽奈米粒子沉積到織物上期間，可以使用超音波束以尋求輔助將矽奈米粒子沉積到織物上，從而矽奈米粒子被捕獲在凹穴中或在紡織元件的表面結構形成其他凹槽。有利的是，矽奈米粒子在銅塗覆織物上沉積的較高百分比將導致陽極元件更大的儲能能力。而且，由於矽奈米粒子包封織物基材的導電織物的表面結構、穿透織物基材的導電織物的表面結構並纏結在織物基材的導電織物的表面結構內及/或之間，如圖22和23所示，這減輕在電池充電期間由於矽的膨脹而造成的損壞。例如，減少矽奈米粒子塗層中的龜裂，這使得濕氣更難以穿透並破壞陽極的包封導電紡織元件。
應該理解的是，本發明的這些具體實例不限於本文所述的織物或紡織元件的實例結構及幾何形狀，並且可以採用織物或紡織元件的其他合適結構及幾何形狀的形式而不脫離本發明的精神。例如，在替代具體實例中，可以提供包括第一導電纖維及第二導電纖維的織物，該第一導電纖維具有沉積在其上的第一類型粒子（例如n型矽奈米粒子），該第二導電纖維具有沉積在其上的不同類型的粒子(例如p型矽奈米粒子），然後可以纏繞在該第一導電纖維周圍，反之亦然。在這種複合型紗的第一及第二導電纖維之間，可以提供一層輔助促進電子及電洞轉移以封閉該第一及第二導電纖維之間的電路。
進一步設想，當製造矽奈米粒子時，根據本文所述的任何具體實例形成的導電織物可用作球磨方法中的網狀過濾器。有可能將方法配置成使得在正常的研磨過程中具有特定直徑的矽奈米粒子，可以容易地通過織物的網狀結構，而所欲直徑的矽奈米粒子可以被捕獲在導電織物的表面結構上被用作網狀過濾器。方便地，這種方法提供了雙重功能，即在研磨過程中過濾具有特定直徑的矽奈米粒子，同時提供具有矽奈米粒子的導電織物的塗層，所述矽奈米粒子隨後可以用作本發明的各種具體實例中的基材。
將會理解的是，本發明的具體實例可輔助提供至少一種下列優點： (a)    與現有技藝中現有某些技術及方法相比，某些具體實例可以提供一種相對簡單、方便且可放大規模的方法來生產太陽能等級矽奈米粒子； (b)   與某些技術相比，用於生產太陽能等級矽奈米粒子的某些具體實例可以提供相對成本有效且可放大規模的方法，並且製造諸如包含矽奈米粒子的太陽能電池和電池的陽極材料的成本因此可以被減少； (c)    在用於生產奈米矽粒子的具體實例的方法中，蒸餾步驟有利地根據進行步驟的順序在粒子或錠內產生孔洞−即 程序1 (i)    合金化原料矽與（可蒸出的）合金化金屬形成合金錠； (ii)   加工該錠（例如球磨該錠）成為約100 nm-150 nm的合金奈米粒子； (iii)  從該合金奈米粒子蒸出該合金化金屬以生產矽奈米粒子；以及 (iv)  進一步球磨該矽奈米粒子以使該矽奈米粒子表面中的多孔結構裂開。 或 程序2 (i)    用至少一種合金化金屬將原料矽材料合金化以形成合金錠； (ii)   蒸餾該合金錠以生產多孔矽錠；以及 (iii)  加工該多孔矽錠以形成矽奈米粒子。 此外，藉由在合金中使用不同百分比的Mg或Zn（可蒸出金屬），可能控制如SEM和BET圖像/數據圖所舉例說明所產生的最終奈米粒子的孔隙率。此等孔隙特別有用，因為這些孔隙在充電及放電期間減小膨脹，例如當矽奈米粒子被用作電池的陽極材料時。在矽奈米粒子表面上可控制地產生孔隙的能力也是有利的，因為此等孔隙的存在為由此種奈米粒子形成的陽極結構提供額外的剛度。這類似於I型樑由於其結構而提供比普通鋼塊更大的結構剛度的方式。 (d)   包含經矽奈米粒子塗覆的導電紡織元件的導電基材可以用作太陽能電池裝置中的新穎部件，由於新穎部件的可撓性、緻密性及減輕重量可以改善抗衝擊性、儲存、運輸、安裝及更換的容易性，可以方便地折疊、捲起及/或堆疊；及 (e)    包含由矽奈米粒子塗覆的導電紡織元件的導電基材可用作可再充電電池裝置的新穎陽極元件。矽奈米粒子可以方便地填充並被捕獲在導電基材的表面結構的凹穴、空間及缺陷內，並且可以被捕獲在導電基材的相鄰紡織元件的表面結構之間。矽奈米粒子填充並被捕獲在導電紡織元件的表面結構中的能力允許在陽極元件中提供更大量的矽，從而改善電池的儲能容量。而且，由於藉由矽奈米粒子包覆導電紡織元件的方式，可以減輕與在電池充電期間矽奈米粒子的膨脹有關聯的問題（例如龜裂）。此解決方案教示偏離現有方案，因為此解決方案不試圖減少陽極元件中的矽量，因此不損害電池的潛在存儲容量，並且該解決方案不試圖僅部分地對電池充電以減輕矽膨脹，因此不鼓勵電池的潛在存儲容量的低效使用。
可以理解的是，製造陽極的方法可以延伸到製造陰極，從而製造與傳統電池相比具有相對較高的儲能容量及較輕重量的可撓性電池。
熟悉此技藝之人士應理解，在不逸離本發明之範疇下，在此所述之本發明可以有除了該等特別描述的之外之變化物以及改質物。所有此等對熟悉此技藝之人士而言顯而易見之變化物以及改質物，均應被視為落在在此之前廣泛敘述之本發明之技術思想之範疇內。應了解，本發明包括所有如此之變化物以及改質物。本發明亦包括在說明書中個別或共同參考或指出之步驟以及特徵之全部，且該步驟或特徵之二或多個之任何以及全部組合。
在此說明書中參照的任何先前技術並不是、且不應被視為承認或以任何形式暗示該先前技術形成普通一般知識之一部分。
100:矽烷化 110:自由基聚合 120:離子交換及還原 130:無電金屬沉積 200:銅塗覆棉紗 300:鎳塗覆棉織物 400:PAANa輔助銅塗覆紗 500:PAANa輔助鎳塗覆絲紗 600:PAANa輔助銅塗覆尼龍紗 700:聚酯織物 800:方塊 810:方塊 820:方塊 910:合金化裝備 920:球磨裝備 930:蒸餾裝備 1100:導電端子 1110:導電端子 1120:負載裝置 1130:光子 1200:導電端子 1210:n型層 1220:p型層 1230:導電端子 1240:太陽能 1300:太陽能 1310:透明保護層 1320:透明導電氧化物層 1330:n型層 1340:p型層 1350:保護層 1400:矽奈米粒子 1401:導電纖維 1500:矽奈米粒子 1501:導電紡織纖維 1502:導電紡織纖維 1601:紡織線結構 1602:紡織線結構 1700:矽奈米粒子 1701:第一複合線 1702:第二複合線
在下列較佳，但非限制性之具體實例結合所附之圖式之詳細的說明之下，將能更完整的了解本發明，其中：
[圖1 ]為根據本發明的具體實例藉由原位自由基聚合生產導電棉紗的方法的示意圖；
[圖2 ]說明根據圖1所示方法製造的示範性銅塗覆棉紗；
[圖3 ]描繪根據本發明的具體實例形成的原始棉紗、經矽烷改質棉以及經PMANa改質棉紗的傅立葉變換紅外光譜（FTIR）光譜數據的代表；
[圖4 ]描繪根據本發明的具體實例生產的經PMANa改質棉的EDX光譜的代表；
[圖5 ]描繪代表根據本發明的具體實例的包括（A）原始棉；（B）矽烷改性棉；（C）PMANa塗覆棉；（D-F）經銅塗覆棉的具有不同改質的棉纖維表面形態的SEM圖像；
[圖6 ]描繪代表根據本發明的具體實例生產的(A)合成經銅塗覆棉紗的線性電阻及(B)棉紗拉伸強度的數據；
[圖7 ]描繪用於製造由根據本發明具體實例生產的銅塗覆紗形成的編織織物的方法步驟；
[圖8 ]描繪由根據本發明具體實例生產的銅塗覆紗編織的織物的電阻數據；
[圖9 ]描繪根據本發明具體實例生產的棉紗在不同洗滌時間下之棉紗從經洗滌織物脫散的SEM圖像；
[圖10 ]描繪根據本發明具體實例生產的PMANa輔助的鎳塗覆棉織物；
[圖11A ]描繪根據本發明具體實例形成的示範性PAANa輔助的銅塗覆紗；
[圖11B ]描繪根據本發明具體實例形成的示範性PAANa輔助的鎳塗覆絲紗；
[圖12A ]描繪根據本發明具體實例生產的PAANa輔助的銅塗覆尼龍紗；以及
[圖12B ]描繪由根據本發明具體實例生產的PAANa-輔助的銅塗覆尼龍紗形成的聚酯織物。
[圖13 ]顯示根據本發明具體實例生產的方法步驟的流程圖，用於從矽材料原料生產矽奈米粒子；
[圖14 ]顯示用於進行根據本發明具體實例的方法步驟以從矽材料原料生產矽奈米粒子的示範性裝備的功能性方塊圖；
[圖15 ]顯示供用於太陽能電池的p型或n型層的包括交織導電紗(例如銅塗覆棉紗)、其上具有印刷或塗覆矽奈米粒子的織物的實例織物之上視圖及放大圖；
[圖16 ]顯示根據本發明具體實例製造的基礎太陽能電池裝置結構的剖面圖；
[圖17 ]顯示根據本發明具體實例製造較佳具體實例太陽能電池裝置結構的剖面圖，其中p型及n型層係分別印刷或塗覆在第一及第二導電織物層上；以及
[圖18 ]顯示根據本發明具體實例製造較佳具體實例太陽能電池裝置結構的剖面圖，其中p型及n型層係印刷或塗覆在單一導電織物層上；
[圖19-22 ]顯示了矽奈米粒子的實例，所述矽奈米粒子包封並被捕獲在用於諸如太陽能電池裝置及用作電池裝置的陽極元件的應用中的織物的導電紡織元件的表面結構上。
[圖23A-23B ]描繪充電及放電循環期間電池裝置的基礎功能圖。
[圖24 ]顯示可用於形成導電基材(例如織物層)的導電紡織元件(例如纖維或絲線)的SEM圖像，並且該導電紡織元件包括具有「凹穴(pocket)」的樹枝型經銅塗覆表面結構，其中沉積在該表面上的矽奈米粒子可能被捕獲/纏結。
[圖25 ]顯示可用於形成導電基材(例如織物層)的導電紡織元件(例如纖維或絲線)的SEM圖像，並且該導電紡織元件包括具有「凹穴」的格柵型經銅塗覆表面結構，其中沉積在該表面上的矽奈米粒子可能被捕獲/纏結。
100:矽烷化
110:自由基聚合
120:離子交換及還原
130:無電金屬沉積

Claims (14)

  1. 一種用於從矽材料原料生產多孔矽奈米粒子的方法，該方法包括以下步驟： (i)         用至少一種選自鋅及鎂的可蒸出的合金化金屬將該矽材料原料合金化以形成合金； (ii)        研磨該合金，以形成直徑100 nm到150 nm的合金奈米粒子，該研磨在惰性環境中實施以減輕該合金的氧化； (iii)       從該等合金奈米粒子蒸出該合金化金屬，藉此生產多孔矽結構，該蒸出在真空爐中實施；以及 (iv)       在惰性環境中研磨該多孔矽結構來使該多孔矽結構裂開，以生產該等多孔矽奈米粒子。
  2. 如請求項1的方法，其中步驟(ii)包括球磨該合金以形成該等合金奈米粒子。
  3. 如請求項1的方法，其中該惰性環境包括研磨室，其中該合金經填充設置於該研磨室中的以下至少一者球磨：惰性氣體、油、柴油、煤油及脫水乙醇。
  4. 如請求項1的方法，其中步驟(ii)包括將該合金霧化以形成該等合金奈米粒子。
  5. 一種用於從矽材料原料生產矽奈米粒子的裝備，該裝備包括以下手段： (i)         用至少一種選自鋅及鎂的可蒸出的合金化金屬將該矽材料原料合金化以形成合金； (ii)        研磨該合金，以形成直徑100 nm到150 nm的合金奈米粒子，該研磨在惰性環境中實施以減輕該合金的氧化； (iii)       從該等合金奈米粒子蒸出該合金化金屬，藉此生產多孔矽結構，該蒸出在真空爐中實施；以及 (iv)       在惰性環境中研磨該多孔矽結構來使該多孔矽結構裂開，以生產該等多孔矽奈米粒子。
  6. 如請求項5的裝備，其中該裝備係經配置來球磨該合金以形成該等合金奈米粒子。
  7. 如請求項5的裝備，其中該惰性環境包括研磨室，其中該合金經填充設置於該研磨室中的以下至少一者球磨：惰性氣體、油、柴油、煤油及脫水乙醇。
  8. 如請求項5的裝備，其中該裝備係經配置來將該合金霧化以形成該等合金奈米粒子。
  9. 一種電氣裝置，其包括由可撓性結構形成的導電基材，且其中多孔矽奈米粒子係經配置來塗覆、包封及/或纏結該導電基材的該結構。
  10. 如請求項9的電氣裝置，其中該可撓性結構包括由導電紡織元件形成的織物層。
  11. 如請求項10的電氣裝置，其中該等導電紡織元件包括塗覆有導電顆粒的天然或合成紡織元件。
  12. 如請求項10的電氣裝置，其中該等導電紡織元件被編織在一起以形成該導電基材。
  13. 如請求項9的電氣裝置，其中該電氣裝置包括以下至少一者：電池的陽極元件、電池的陰極元件及太陽能電池裝置。
  14. 如請求項9的電氣裝置，其中該等多孔矽奈米粒子係如請求項1到4中任一個的方法步驟生產。
TW110144009A 2016-07-27 2017-07-27 矽奈米粒子生產之改善與其用途 TWI802102B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HK16109004 2016-07-27
HK16109004.7 2016-07-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202210413A true TW202210413A (zh) 2022-03-16
TWI802102B TWI802102B (zh) 2023-05-11

Family

ID=61017418

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110144009A TWI802102B (zh) 2016-07-27 2017-07-27 矽奈米粒子生產之改善與其用途
TW106125301A TWI749037B (zh) 2016-07-27 2017-07-27 矽奈米粒子生產之改善與其用途

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106125301A TWI749037B (zh) 2016-07-27 2017-07-27 矽奈米粒子生產之改善與其用途

Country Status (13)

Country Link
US (3) US10926324B2 (zh)
EP (2) EP3795539B1 (zh)
JP (2) JP6786609B2 (zh)
KR (3) KR102249076B1 (zh)
CN (1) CN108698836A (zh)
DK (2) DK3795539T3 (zh)
FI (1) FI3795539T3 (zh)
HK (2) HK1254883A1 (zh)
HU (2) HUE062896T2 (zh)
PL (2) PL3386916T3 (zh)
PT (2) PT3795539T (zh)
TW (2) TWI802102B (zh)
WO (1) WO2018019266A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102249076B1 (ko) 2016-07-27 2021-05-06 이프로 디벨롭먼트 리미티드 실리콘 나노입자의 제조 향상 및 그 용도
CN110284037B (zh) * 2019-07-23 2020-06-05 山东大学 一种分解三元合金制备硅或锗纳米材料的方法
US20240014380A1 (en) * 2022-07-08 2024-01-11 Ionobell, Inc. Electrode slurry and method of manufacture

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0130608D0 (en) * 2001-12-21 2002-02-06 Psimedica Ltd Medical fibres and fabrics
US20110039690A1 (en) * 2004-02-02 2011-02-17 Nanosys, Inc. Porous substrates, articles, systems and compositions comprising nanofibers and methods of their use and production
TW200700316A (en) * 2005-03-24 2007-01-01 Umicore Nv Process for the production of si by reduction of sicl4 with liquid zn
CN101405088A (zh) * 2005-11-10 2009-04-08 伊利诺伊大学受托管理委员会 硅纳米颗粒光伏装置
GB0601319D0 (en) * 2006-01-23 2006-03-01 Imp Innovations Ltd A method of fabricating pillars composed of silicon-based material
CN101070598B (zh) * 2007-03-26 2010-07-14 中南大学 一种熔盐电解法制备太阳级硅材料的方法
EP2198077B1 (en) * 2007-10-03 2017-05-17 Silicor Materials Inc. Method for processing silicon powder to obtain silicon crystals
US8936874B2 (en) * 2008-06-04 2015-01-20 Nanotek Instruments, Inc. Conductive nanocomposite-based electrodes for lithium batteries
KR101045849B1 (ko) * 2008-09-02 2011-07-04 주식회사 이건창호 고효율의 플렉시블 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법
KR101065778B1 (ko) * 2008-10-14 2011-09-20 한국과학기술연구원 탄소나노튜브 피복 실리콘-구리 복합 입자 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 이차전지용 음극 및 이차전지
KR101034640B1 (ko) * 2009-01-30 2011-05-16 한국과학기술연구원 염료감응 태양전지용 나노입자 금속산화물-고분자의 복합체를 포함하는 광전극과 그 제조방법, 및 이를 이용한 염료감응 태양전지
CN101659393B (zh) * 2009-08-21 2013-04-17 江苏大学 一种制备纳米硅微粉的方法
GB201014706D0 (en) * 2010-09-03 2010-10-20 Nexeon Ltd Porous electroactive material
CN103118976B (zh) * 2010-09-17 2016-07-06 古河电气工业株式会社 多孔质硅粒子及多孔质硅复合体粒子、以及它们的制造方法
CN102237519B (zh) 2011-07-11 2013-05-08 三峡大学 锂离子电池三维多孔硅粉负极材料无氟化制备方法
CN102311121A (zh) * 2011-08-29 2012-01-11 大连理工大学 一种合金化分凝提纯工业硅的方法
CN102995395B (zh) * 2011-09-15 2014-12-17 香港理工大学 一种导电纺织品及其制作方法
US8728340B2 (en) * 2011-12-20 2014-05-20 Japan Science And Technology Agency Method for manufacturing thermoelectric material
US20130195746A1 (en) * 2012-01-28 2013-08-01 Xi Chu Method and system for production of silicon and devicies
JP5830419B2 (ja) * 2012-03-21 2015-12-09 古河電気工業株式会社 多孔質シリコン粒子及び多孔質シリコン複合体粒子並びにこれらの製造方法
JP5889086B2 (ja) * 2012-03-29 2016-03-22 古河電気工業株式会社 多孔質シリコン粒子及びその製造方法
US10081887B2 (en) * 2012-12-14 2018-09-25 Intel Corporation Electrically functional fabric for flexible electronics
DE102013215257A1 (de) * 2013-08-02 2015-02-05 Wacker Chemie Ag Verfahren zum Zerkleinern von Silicium und Verwendung des zerkleinerten Siliciums in einer Lithium-Ionen-Batterie
CN104671247A (zh) * 2015-02-11 2015-06-03 武汉科技大学 一种以含硅生物质为原料制备超细纳米硅的方法以及所制备得到的超细纳米硅及其应用
PL3265605T3 (pl) * 2015-03-03 2022-01-31 Epro Development Limited Elektrycznie przewodzący element tekstylny i sposób jego wytwarzania
CN104986768A (zh) * 2015-05-18 2015-10-21 中国科学技术大学 一种氮化合成硅纳米粉的方法及其应用
CN105399100A (zh) 2015-12-14 2016-03-16 东南大学 一种纳米多孔硅的制备方法
KR102249076B1 (ko) 2016-07-27 2021-05-06 이프로 디벨롭먼트 리미티드 실리콘 나노입자의 제조 향상 및 그 용도

Also Published As

Publication number Publication date
DK3386916T3 (da) 2021-06-21
JP2021035903A (ja) 2021-03-04
JP6786609B2 (ja) 2020-11-18
TW201821365A (zh) 2018-06-16
JP2019513111A (ja) 2019-05-23
CN108698836A (zh) 2018-10-23
PL3795539T3 (pl) 2023-12-18
US10926324B2 (en) 2021-02-23
HUE062896T2 (hu) 2023-12-28
HK1255252A1 (zh) 2019-08-09
EP3386916B1 (en) 2021-04-14
KR102411836B1 (ko) 2022-06-22
EP3386916A1 (en) 2018-10-17
KR20200126440A (ko) 2020-11-06
TWI802102B (zh) 2023-05-11
DK3795539T3 (da) 2023-09-04
KR102249076B1 (ko) 2021-05-06
KR102178021B1 (ko) 2020-11-12
US20210078071A1 (en) 2021-03-18
FI3795539T3 (fi) 2023-08-30
HK1254883A1 (zh) 2019-07-26
US11292055B2 (en) 2022-04-05
EP3795539A3 (en) 2021-04-14
KR20210049992A (ko) 2021-05-06
EP3795539A2 (en) 2021-03-24
JP7149996B2 (ja) 2022-10-07
HUE054890T2 (hu) 2021-10-28
PT3386916T (pt) 2021-06-25
WO2018019266A1 (en) 2018-02-01
EP3795539B1 (en) 2023-06-07
KR20180101532A (ko) 2018-09-12
EP3386916A4 (en) 2019-05-15
US20190030600A1 (en) 2019-01-31
PT3795539T (pt) 2023-09-07
TWI749037B (zh) 2021-12-11
PL3386916T3 (pl) 2021-10-25
US20220212251A1 (en) 2022-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220212251A1 (en) Production of silicon nano-particles and uses thereof
Nazir et al. Si nanoparticles confined within a conductive 2D porous Cu-based metal–organic framework (Cu3 (HITP) 2) as potential anodes for high-capacity Li-ion batteries
Jia et al. Filter paper derived nanofibrous silica–carbon composite as anodic material with enhanced lithium storage performance
Chen et al. Flexible and solid-state asymmetric supercapacitor based on ternary graphene/MnO2/carbon black hybrid film with high power performance
KR101900243B1 (ko) 리튬 이온 전지를 위한 나노 섬유를 포함하는 애노드 물질
TWI452757B (zh) 導電性片及電極
KR101594836B1 (ko) 그래핀-금속나노입자복합체, 상기 복합체를 포함하는 탄소나노섬유복합체 및 상기 탄소나노입자복합체를 포함하는 이차전지
Ren et al. PdNi alloy decorated 3D hierarchically N, S co-doped macro–mesoporous carbon composites as efficient free-standing and binder-free catalysts for Li–O 2 batteries
Zhang et al. Pine wood-derived hollow carbon fibers@ NiO@ rGO hybrids as sustainable anodes for lithium-ion batteries
KR100992394B1 (ko) 카본-금속산화물 복합체의 음극 활물질을 구비한이차전지용 음극 및 이를 이용한 이차전지와, 이차전지용음극 활물질의 제조방법
Xuyen et al. Hydrolysis-induced immobilization of Pt (acac) 2 on polyimide-based carbon nanofiber mat and formation of Pt nanoparticles
Li et al. Constructing a sandwich-structured interlayer with strong polysulfides adsorption ability for high-performance lithium-sulfur batteries
Cao et al. Sb&Sb 2 O 3@ C-enhanced flexible carbon cloth as an advanced self-supporting anode for sodium-ion batteries
Zhang et al. Promoting the cyclic and rate performance of nickel hydroxide with ZnO via electrodeposition for supercapacitor
Bai et al. Ternary anode design for sustainable battery technology: An off-stoichiometric Sn/SnSiO x+ 2@ C composite recycled from biomass
Zheng et al. Hairy graphite of high electrochemical performances prepared through in-situ decoration of carbon nanotubes
TWI832294B (zh) 鋰離子電池陽極
JP2023181116A (ja) リチウムイオン電池の陽極の製造方法
Li et al. Modulation of zinc deposition behaviour by electrostatically spun PAN-ZnTFSI fibre layer on separator for aqueous zinc ion batteries
Fu Advanced Structural Electrode Materials for Lithium-Ion Batteries and Lithium-Sulfur Batteries
Hong et al. Promising Silicon Anodes Prepared by the “Disperse-Anchor” Strategy and Functional Carbon Nanotube Interlayers for Flexible Lithium-Ion Batteries