Encapsulante curable por UV.

Una composición encapsulante líquida que comprende:

- un copolímero de bloque acrílico o metacrílico, de la fórmula general:

B-

(A)n,

en la cual:

• n es un entero natural mayor que o igual a 1, preferiblemente de 1 a 8,

• B representa un bloque polimérico acrílico o metacrílico compuesto de una secuencia de unidades monoméricas las cuales pueden ser polimerizadas por la ruta de radicales, cuya Tg global es menor de 0°C,

• A es un bloque polimérico acrílico o metacrílico compuesto de una secuencia de unidades monoméricas las cuales pueden ser polimerizadas mediante la ruta de radicales, cuya Tg global es superior a 0°C,

%bull; El bloque B representa al menos el 50%, y preferiblemente de 60% a 95% p/p del copolímero de bloque, - al menos un monómero y/o oligómero acrílico o metacrílico, y

- al menos un fotoiniciador.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2010/001802.

Solicitante: ARKEMA FRANCE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 420, RUE D'ESTIENNE D'ORVES 92700 COLOMBES FRANCIA.

Inventor/es: HALAHMI,IZHAR, GERARD,PIERRE, SOLEL,PASHA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/048 (encapsulados de modulos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES... > C08F287/00 (Compuestos macromoleculares obtenidos por polimerización de monómeros sobre polímeros en bloque)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > ADHESIVOS; ASPECTOS NO MECANICOS DE LOS PROCEDIMIENTOS... > Adhesivos a base de compuestos orgánicos no macromoleculares... > C09J4/06 (en combinación con un compuesto macromolecular distinto del polímero insaturado de los grupos C09J 159/00 - C09J 187/00)

PDF original: ES-2494615_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Encapsulante curable por UV Campo de la Invención

La presente Invención se relaciona con composiciones encapsulantes curables por UV basadas en copolímeros de bloque acríllcos y/o metacrílicos, con un material hecho con las mismas y con el uso de esas composiciones en celdas fotovoltaicas.

Antecedentes de la invención

El calentamiento global, unido a los gases invernadero liberados por combustibles fósiles, ha incitado el desarrollo de soluciones energéticas alternativas, las cuales no emitan tales gases durante su operación, tales como, por ejemplo, módulos solares. Un módulo solar comprende una "celda fotovoltaica", siendo esta celda capaz de convertir energía lumínica en electricidad. Las celdas fotovoltaicas (PV) están encapsuladas en un "encapsulante", y una capa protectora superior y una capa protectora inferior están posicionadas en ambos lados de la celda encapsulada. Este encapsulante debe tomar perfectamente la forma del espacio existente entre la celda fotovoltaica y las capas protectoras con el fin de evitar la presencia de aire, el cual limitaría el rendimiento del módulo solar. El encapsulante también debe evitar el contacto de las celdas con el agua y el oxígeno del aire, con el fin de limitar la corrosión del mismo. Adicionalmente, el encapsulante debe ofrecer transparencia óptima y durable a la radiación solar y una buena adhesión con las capas protectoras dentro de la celda, y esto durante el tiempo de vida completo de un módulo solar, el cual tiene que ser de al menos 2 años. A medida que las celdas PV se hacen más delgadas, la tensión generada por el encapsulante, especialmente a bajas temperaturas, necesita ser baja. El modulus de elasticidad de dicho encapsulante, necesita así ser tan bajo como sea posible.

La solución más prevalente es el uso de composiciones encapsulantes basadas en un copolímero de etileno/acetato de vinilo (EVA) como se divulga en JP 11978. El EVA tiene buenas propiedades de transparencia. Sin embargo, su adhesión a las capas protectoras no es satisfactoria y deben agregarse agentes de acoplamiento a la composición encapsulante, generalmente escogidas entre silano o titanato orgánicos. Adicionalmente, el EVA se descompone bajo radiación solar y a alta temperatura, dando como resultado la liberación de ácido acético el cual corroe el Interior de la celda fotovoltaica. Las composiciones encapsulantes basadas en EVA tienden a tornarse amarillas con el tiempo, disminuyendo así el rendimiento del módulo solar. También el EVA tiene pobre adhesión a los plásticos transparentes, tales como el metacrilato de polimetilo (PMMA), usado en dispositivos de concentración fotovoltaica (CPV).

Se ha sugerido ya en general (PCT/IL 29/164) utilizar formulaciones encapsulantes líquidas curables con la luz que comprenden: al menos un polímero acríllco (definido como un polímero que tiene al menos 5% de sus cadenas hechas de unidades repetitivas derivadas de ácido acríllco y/o metacrílico, éster o amida del mismo); al menos un monómero y/o ollgómero ¡nsaturado y al menos un fotoiniciador. Este encapsulante es capaz de enlazarse a una superficie transparente amorfa, y por lo tanto es adecuado para encapsular una celda fotovoltaica, especialmente para aplicaciones de CPV.

Polímero acríllcos (o metacrílicos) comerclalmente disponibles tales como Elvacite, manufacturado por Lucite, proveen al encapsulante con una adhesión razonable a plásticos, especialmente a PMMA, pero no excelente. Cuando estos polímeros tienen una temperatura de transición vitrea (Tg) superior a °C, se requiere una gran cantidad de plastlflcante para disminuir la Tg y el modulus de elasticidad. El plastlflcante está sometido a migración desde el compuesto durante la utilización, y también puede sufrir separación de fases a temperaturas por debajo de cero, produciendo turbldez Indeseable. Usualmente, los plastlflcantes, Incluso los de tipo cadena allfátlca, están más sometidos a degradación térmica que los polímeros de acrllato y metacrilato. Además, dichos polímeros tiene compatibilidad limitada con monómeros insaturados y por lo tanto tienden a enturbiarse durante el fotocurado.

Hay por lo tanto una necesidad de desarrollar nuevos materiales encapsulantes para aplicaciones fotovoltaicas, con propiedades mejoradas especialmente en términos de adherencia, transparencia, baja temperatura de transición vitrea y durabilidad.

Resumen de la invención

El objetivo de la presente Invención es proveer un encapsulante líquido curable por la luz mejorado para celdas fotovoltaicas (PV) que tenga excelentes cualidades de transparencia, especialmente adhesión a superficies plásticas tales como PMMA o pollcarbonato y resistencia al envejecimiento bajo radiación UV.

Es un objetivo de la presente Invención proveer una composición encapsulante líquida que comprende:

- un copolímero de bloque acrílico o metacrílico,

- al menos un monómero y/o oligómero acrílico o metacrílico, y

- al menos un fotolnlclador.

en donde dicho copolímero de bloque acrílico o metacrílico es de la fórmula general B-(A)n, en donde:

- n es un entero natural mayor que o Igual a 1,

- B representa un bloque polimérico acrílico o metacrílico compuesto de una secuencia de unidades de monómero las cuales pueden ser polimerizadas mediante la ruta de radicales, cuya Tg global es menor de °C en donde la masa molar promedio del bloque B es preferiblemente superior a 1 g/mol,

- A es un bloque polimérico acrílico o metacrílico compuesto de una secuencia de unidades monoméricas las cuales pueden ser polimerizadas mediante la ruta de radicales, cuya Tg global es superior a °C, en donde la masa molar promedio de cada bloque A varia preferiblemente de 1 g/mol a 2 g/mol,

- el bloque B representa al menos 5% y preferiblemente de 6% a 95% p/p del copolímero del bloque.

Sorprendentemente, esta composición encapsulante combina, cuando es curada por curado por UV, curado por luz UV-visible o visible, propiedades excelentes de: transparencia (la cual permanece constante en el tiempo y para un amplio rango de temperatura que va desde temperatura ambiente hasta 8°C, resistencia al envejecimiento bajo radiación UV y calor, aislamiento eléctrico incluso bajo un ambiente húmedo, agua y barrera de oxígeno, elasticidad incluso a bajas temperaturas, adherencia a metales, vidrio, plásticos y cerámicas, lo cual recomienda su uso en los módulos solares.

De acuerdo con un segundo objetivo, la presente invención se relaciona con el uso de copolímeros de bloque acrílicos o metacrílicos, tal como se definen aquí, en composiciones encapsuladas, mejorando así la adhesión encapsulante a sustratos tales como plásticos, cerámicas, metales o vidrio.

De acuerdo con un aspecto adicional, la presente invención se relaciona con el uso de la citada composición encapsulante para enlazamiento y encapsulación de PMMA - o policarbonato - o dispositivos PV basados en cíclicos, y especialmente dispositivos PV concentrados.

De acuerdo con un aspecto adicional, la presente invención se relaciona con el uso de la composición encapsulante citada para enlazamiento y encapsulamlento de celdas PV regulares (celdas PV de silicio, encapsuladas entre una lámina frontal transparente de vidrio o pollmérica o una lámina posterior metálica o polimérica), como una alternativa a los encapsulantes termoplástlcos tales como el EVA (etileno/acetato de vinilo), PVB (polivinil butiral), poliuretano o ¡onómeros, los cuales requieren alta presión y altas temperaturas durante la laminación y curado o moldeado por largo tiempo.

De acuerdo con otro aspecto, esta Invención provee un proceso para encapsular celdas PV, que comprende una etapa de curado por UV, curado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una composición encapsulante líquida que comprende:

un copolímero de bloque acrílico o metacrílico, de la fórmula general: B-(A)n,

en la cual:

o n es un entero natural mayor que o Igual a 1, preferiblemente de 1 a 8,

o B representa un bloque poliménco acrílico o metacrílico compuesto de una secuencia de unidades monoméricas las cuales pueden ser polimerizadas por la ruta de radicales, cuya Tg global es menor de °C,

o A es un bloque polimérico acrílico o metacrílico compuesto de una secuencia de unidades monoméricas las cuales pueden ser polimerizadas mediante la ruta de radicales, cuya Tg global es superior a °C,

o El bloque B representa al menos el 5%, y preferiblemente de 6% a 95% p/p del copolímero de bloque,

- al menos un monómero y/o oligómero acrílico o metacrílico, y

- al menos un fotoiniciador.

2. Composición de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende en peso:

- de 1 a 9% de dicho copolímero de bloque acrílico o metacrílico, preferiblemente de 2 a 8% y más preferiblemente de 3 a 7%,

- de 1% a 6% de dicho monómero y/o oligómero acrílico o metacrílico, preferiblemente de 2% a 8% y más

preferiblemente de 3 a 7%,

- de.1 a 1% de fotoiniciador;

con base en el peso total de la composición.

3. Composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 en la cual el bloque B contiene unidades repetitivas de acrilato o metacrilato de alquilo seleccionados en el grupo formado por: acrilato de butilo, acrilato de hexilo, acrilato de octilo, acrilatos etoxilados tales como acrilato de 2-(2-etoxietoxi)etil (EOEOEA), alquilo C16-C18 metacrilato y monometacrilato de propilen glicol.

4. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en la cual el bloque A contiene unidades repetitivas de metacrilato de metilo.

5. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en la cual dicho monómero y/o oligómero acrílico o metacrílico es un acrilato de alquilo o un metacrilato de alquilo que tiene una Tg de menos de °C escogido de la siguiente lista: acrilatos etoxilados tales como 2-(2-etoxietoxi) (EOEOEA), monometacrilato de polipropilen glicol, diacrilato de trietilen glicol (TEGDA), diacrilato de tripropilen glicol (TPGDA), diacrilato alcoxilado, diacrilato propoxilado de 2-neopentil glicol, tetraacrilato de pentaeritritol (PETTA), triacrilato etoxilado de trimetilolpropano y acrilato cíclico de trimetilolpropano formal (CTFA).

6. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en la cual dicho monómero y/o oligómero acrílico o metacrílico es una acrilato de alquilo o metacrilato de alquilo que tiene una Tg de menos de °C y se escoge de la siguiente lista: metacrilato de hidroxi etilo, metacrilato de hidroxi propilo, acrilato o metacrilato de tetrahidroforfurilo y metacrilato de metilo.

7. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 que comprende adicionalmente de a 5% de plastificante.

8. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 que comprende adicionalmente de a 2% en peso de un promotor de la adhesión seleccionado del grupo de: vinil silano, metacriloxi o acriloxi silano, organotitanato y organozirconato.

9. Material obtenido por curado por UV, curado por UV visible o curado por luz visible de la composición encapsulante líquida de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8.

1. Uso de los copolímeros de bloque acrílicos o metacrílicos de acuerdo con la reivindicación 1 para mejorar la adhesión de composiciones encapsulante a sustratos tales como plásticos, cerámicas, metales o vidrio.

11. Proceso para encapsulación de celdas PV, que comprende una etapa de curado por UV, curado por UV-visible o

curado por luz visible de la composición encapsulante líquida de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

12. Uso de la composición encapsulante de acuerdo con la reivindicación 5 para abrir y encapsular dispositivos PV, y especialmente PV concentrados (CPV) basados en PMMA o policarbonato u olefina cíclica.

13. Uso de la composición encapsulante de acuerdo con la reivindicación 6 para unir y encapsular celdas de PV de

silicio, encapsuladas entre vidrio transparente o una lámina frontal polimérica y vidrio o metal o una lámina posterior polimérica.