和密封件的聚合物材料 时，可考虑聚四氣乙締、聚丙締、聚酸酬酸和聚乙締二氣化物。对于漉子上的聚合物涂层，聚 氨基甲酸脂、乙撑丙二締单体（乙締丙締二締单体）橡胶和腊橡胶是合适的。为特定的溶 胶凝胶涂层应用而选择的漉涂器的特定实施例依赖于许多因素。润湿的薄膜厚度是在实现 最终固化薄膜厚度时需要考虑的工艺参数。所需的润湿厚度可能依赖于所需的最终干燥厚 度、涂料的固体含量和最终干燥薄膜的目标多孔度。在一个实施例中，所需的最终厚度是 120皿值T)，涂料的固体含量（SC)按体积在1%至3%之间，并且目标多孔度（巧是10%。目 标润湿厚度（WT)可用W下公式进行计算：
[0063] 例如，利用上面的输入参数，该等式产生了在大约4化至14化之间的目标润湿厚 度。润湿厚度可能受到漉涂器系统上的许多工艺的控制。其最重要的参数的选择依赖于涂 料的特征，例如其粘度，W及漉涂器的构造或操作模式，例如前向或反向。通常，调整的参数 是刮刀漉对施料漉的间距和/或压力；施料漉对衬底的间距/压力；衬底移动的速度W及 在反向漉涂的情况下，在衬底和施料漉之间的速度差异。刮刀漉相对于施料漉移动的速度 也是一个工艺参数。图8显示了漉涂器的一个实施例，其用于涂覆平整衬底的例如玻璃或 太阳能面板的溶胶凝胶涂层。漉涂器（170)定位在进料传送器（171)之后W及出料传送器 (172)的前面。在图8中，衬底从右向左移动。涂料（173)在受控制的速率下通过累（174) 从储槽输送给漉涂器。过量的材料从漉子的末端进行收集（177)并进行再循环。可选的预 加热器（175)可经过定位，使其可在漉涂器之前加热衬底。衬底可被加热至某一溫度，例如 在2°C至80°C之间的溫度。在某些实施例中，运种预热步骤可用于减少在后续工艺步骤的 非常快速加热期间的热应力。在其它实施例中，其用于控制放置在衬底上的涂料的蒸发速 率，从而实现特定的工艺目标，例如均匀度、薄膜厚度、多孔度或工艺速度。应该仔细考虑关 于从较暖的衬底至施料漉的热传递，使其在工艺中得W考虑。在一个实施例中，闪蒸加热器 (176)定位在漉涂器的输出上，从而控制涂料溶剂的蒸发，W促进薄膜的凝胶化。在某些实 施例中，预加热器和闪蒸加热器可能福射红外线，或者在其它实施例中它们可为电加热器 或燃料燃烧式对流加热器。在另一实施例中，周围溫度或接近周围溫度的强制空气可通过 加速溶剂蒸发而用于完成闪蒸工艺。
[0064] 用于在工艺级之间移动衬底的传送器系统可为连续的带传动系统。在某些实施例 中，机器人可能用于在工艺级之间传送衬底。在其它实施例中，衬底可能通过人利用推车进 行传送。在任何情况下应该懂得，衬底可在工艺步骤之间通过本领域中的许多方法进行传 送。
[0065] 利用漉涂器时的重要的考虑因素是当机器运转时容纳或控制来自设备本身的涂 料溶剂的蒸发。为了减轻运种蒸发，为涂料增加补充溶剂可为有利的，使得固体浓度被控制 在可工作的范围内。补充溶剂可W恒定的流速进行添加，从而匹配稳态蒸发率；其可周期性 地基于预定的时间区间、有待涂覆的衬底的数量或所消耗的涂料而进行添加。补充溶剂可 基于主动反馈回路而进行添加，其中固体浓度经过直接或间接地测量，从而用于控制添加 的数量。固体浓度可能通过光学方法，例如动态的光散射率或吸附率或折射率进行测量；其 可能通过物理属性，例如密度或粘度进行测量；其可通过化学方法，例如监视抑值进行测 量。
[0066] 用于涂层的溶胶凝胶材料对于环境条件是通常敏感的，例如在凝胶化工艺期间的 相对湿度和溫度。另外，在固化之前或期间，溶胶凝胶材料可能释放极大量的溶剂蒸气。因 此需要设计漉涂系统周围的环境，例如溫度和湿度受到控制，并且除去溶剂蒸气。在某些实 施例中，在完整的漉涂器系统周围会建造安全室，其具有专用的HVAC单元，W控制溫度和 相对湿度。在一个实施例中，在涂料器施料漉和闪蒸区域周围具有次级内部安全壳，其容积 较小，使得其溫度和相对湿度可W更容易控制。运个内部安全区域还用于收集溶剂蒸气，W 用于排出、解构或再循环。运具有防止初级安全区域内部的工作人员遭遇高水平的溶剂蒸 气的额外优势。运种环境室系统将具有安全联锁装置，使得工具可被停止，并且如果溶剂蒸 气接近可燃性安全限制时安全地包含任何涂料。
[0067] 图9显示了用于表皮固化的固化装置和方法的一个实施例的横截面示意图。在运 种装置中，气刀（180)将被加热的空气引导至衬底（181)的表面上，衬底通过进料传送器 (182)呈现给气刀，并通过出料传送器（183)提取。如图9中所示，空气可被电气元件（184) 加热，还可被本领域中已知的任何其它方法加热。空气在本方法中可被有效地加热至任何 溫度，例如300°C至1000°C的溫度。空气可通过风扇（185)被迫穿过加热元件和气刀。空 气的溫度通过定位在被加热的空气流中的电子控制器（186)和溫度传感器（188)而进行控 审IJ。可选地，加热元件的过热保护可通过电子控制器和可选地定位在加热元件附近第二溫 度传感器（187)来提供。当不存在衬底时，空气可从风扇流过加热元件，穿过气刀，然后直 接流向排气装置（197)。当存在衬底时，空气沿着衬底的顶表面流动。在一个实施例中，预 热级（189)，例如红外线发射器在气刀之前加热衬底。预热溫度通过电子控制器（190)和具 有可选的安全过热传感器（192)的溫度传感器（191)进行控制。在另一实施例中，连接在气 刀前缘上的平整板与衬底的顶表面形成预热室（189)。运个预热室在较长的周期捕获靠近 衬底表面的热空气，从而容许热空气具有更多时间预热衬底表面。后热级（193)，例如定位 在气刀后面的红外线发射器（190)提供了额外的热量，其可延长衬底保持高溫的时间。后 热溫度通过电子控制器（194)和具有可选的安全过热传感器（196)的溫度传感器（195)进 行控制。在另一实施例中，存在加热元件替代预热室。衬底的预热可用于在气刀下，在非常 快速加热期间减少热应力，并对衬底在气刀下达到的峰值溫度提供额外的控制，峰值溫度 是初始溫度加上由于气刀而升高溫度的函数。
[0068] 表皮固化系统的运个实施例的主要优点是其容许薄膜溶胶凝胶涂层的固化，而无 须将整个衬底加热到高溫。恰当配置的气刀能够非常快速（大功率）加热表面，而无须将 大量热量（能量）传递给整个衬底。因而虽然表面迅速地加热至高溫，但是整个衬底不会 过分地变热。在一个实施例中，衬底是玻璃，其一个面上涂覆薄膜太阳能电池，并且玻璃的 反面是所需用于溶胶涂层的表面。在运种情况下，需要在固化溶胶涂层的同时尽可能避免 加热和升高半导体光电材料的溫度。薄膜太阳能材料例如CdTeXIGS或无定形娃可能对高 溫相当敏感。高溫可能造成材料中的渗杂剂W有害的方式消融，或者可能造成金属电极材 料消融到光电材料中。在某些实施例中，光电池的溫度在溶胶固化时可保持不超过l〇〇°C 至120°C。另外，最终的太阳能面板中的聚合物材料，例如封装材料可保持不超过其150°C 至200°C的玻璃化溫度。
[0069] 图10显示了用于表皮固化系统的溫度分布的一个示例。在运个示例中，衬底是伪 薄膜太阳能模块，其由两块玻璃组成，典型地用于薄膜模块制造中，层压在一起，溫度传感 器埋置在玻璃片之间，使得它们测量伪模块和连接在顶表面上的溫度传感器的内部溫度。 该模块在气刀下WIcm/s的速度移动，气刀设定了大约650°C的出口气溫和大约Icm的间隙 距离（从衬底顶表面至气刀开口）。两个溫度得W显示，顶表面溫度代表伪模块内部达到的 溫度。在运个示例中使用了预热室实施例。从该分布中，预热室造成顶表面溫度（202)初 始升高至大约l〇〇°C，之后气刀造成非常快速的溫度上升（200)至大约300°C，在此之后，后 热红外线发射器设定300°C的溫度，其由放置在衬底和IR发射器之间的传感器进行测量， 保持顶表面溫度（201)大概200°C。在整个工艺过程中，内部溫度决不超过大约90°C。
[0070] 在一个实施例中，衬底是厚度为Imm至4mm的玻璃。在表皮固化装置的一个实施 例中，离开气刀的空气溫度在500°C至750°C之间，其受到加热元件的功率设置W及风扇提 供的空气体积的控制。衬底的速度在〇.25cm/s至3.5cm/s之间。所产生的衬底表面的溫 度在150°C至600°C之间，并且在预热室的起点和气刀的终点之间保持运个溫度。在其它实 施例中，衬底在气刀之前通过红外线发射器预热至大约25°C至200°C，在气刀中其被进一 步加热至大约150°C至600°C。之后，衬底保持在120°C至400°C之间的溫度，直至后热部分 结束。运种表皮固化装置的配置已经显示了在相反的表面保留于120°CW下的溫度的同时 固化溶胶涂层。
[0071] 运种利用气刀迅速加热衬底之后利用福射热保持其溫度的工艺促进了溶胶凝胶 材料的固化。在一个实施例中，固化通过提供充分的能量来实现，使得涂层中足够的剩余 Si-OH半族部分遭遇缩合反应，并形成Si-O-Si交联，其极大地增强了材料，使其通过标准 EN-1096-2的泰伯磨损测试，具有不超过0. 5%的绝对透光率损失。在其它实施例中，固化溫 度用于促进其它工艺，例如挥发涂层的牺牲成分，从而形成所需的多孔度或所需的表面形 态。其它实施例可使用非常高的溫度，W使涂层的所有有机成分完全氧化，从而产生亲水性 纯二氧化娃薄膜。更进一步的实施例可使用热量和/或反应性的气刀的气体组分起动化学 反应，其会修改涂层的属性，例如表面能、颜色、折射率、表面形态和表面化学特性。在实施 例中，表皮固化工艺与涂料的成分和属性协作，从而促进最终薄膜涂层的属性调整。
[0072] 图11显示了典型的涂料样本的热解重量分析。热解重量分析通过逐渐加热样本 并随着各种样本成分的挥发而记录质量损失来执行。当对涂料例如运些典型的用于玻璃的 溶胶凝胶涂层执行时，其可用于确定固化涂料所需要的临界溫度。该图显示了 =个关屯、的 溫度。利用图11的样本1作为说明性的示例，在大约125°C存在一个拐点（210)，另一个更 睹峭的拐点（211)在大约450°C，最后存在高于500°C的平展部分（212)。在不受理论约束 的条件下，运=个点理解如下。随着溫度升高至点210,任何残余的水和溶剂被挥发，并且 所有容易接近的Si-OH半族起反应并释放水。运代表基本固化的薄膜，其在相对较低的溫 度下已经达到有效的硬度和耐磨性。在从点210直至点211范围内的进一步的加热代表随 着额外的剩余Si-OH半族凝固和释放水而在质量上发生大致线性的减少。运个溫度范围代 表随着溫度的增加而增加的材料的硬度和耐磨性，而没有损害涂层的效应。运种质量上的 减少造成密度方面相对应的减少，和从而折射率方面的减少。在形成疏水性薄膜的涂料中， Si-OH的减少还将由于增加水接触角而导致测量的疏水效应的增加。超出点211之外的加 热开始氧化涂层的有机部分，其副产物然后可挥发。在某些实施例中，运些部分可为甲基或 其它控基或氣碳链或任何其组合。其它反应也可能发生，例如SiC和SiOC的形成。运种溫 度状况可被总结为涂层的有机成分的氧化，在氧化的副产物彼此之间W及与薄膜本身的成 分之间的反应，W及该涂层至基本无机二氧化娃涂层的转换。在运点上，更进一步的加热不 会再造成极大的质量损失，并且曲线如点212所示变平了。样本2是用于玻璃的不同的溶 胶凝胶涂料，然而，其也展现了大致与样本1相同的形状和拐点。其还显示当涂层中存在更 复杂的有机部分时，在第二拐点之后发生的转换可能更复杂且更持久。因此出于研究用于 固化运些涂层的工艺的目的，我们可从运种分析中确定第一低溫固化可在大约125°C的溫 度下完成，其是第一拐点。在第二拐点（对于样本1的材料大约450°C和对于样本2的材料 大约35(TC)的第二较高溫度的固化导致了增加的硬度、耐磨性和疏水性。超出第二拐点之 外的溫度导致有机部分的分解和改性，其在某些实施例中可为有用的。
[0073] 固化工艺参数包括衬底速度、气刀输出的空气溫度、气刀的空气流体积、气刀至衬 底表面的开口距离、预热和后热设定溫度，运些用于控制工艺固化参数，包括峰值溫度、加 热速率、溫度持续时间、积累的暴露溫度和冷却速率，其可用于调节最终固化薄膜的特定属 性。一个特性是通过纳米压痕方法测量的硬度。在某些实施例中，运里所述的固化系统可将 玻璃衬底上的溶胶凝胶涂层固化至硬度大约0. 2GI^至lOGPa，并优选大约2GI^至4GPa的 硬度。另一特性是耐磨性。在某些实施例中