ESTRATIFICADOS CON COPOLIMEROS TERMOPLASTICOS DE POLISILOXANOS Y DE UREA.

Estratificado que comprende

(A) por lo menos una capa que contiene un vidrio inorgánico y/u orgánico,

(B) por lo menos una capa que contiene un copolímero de siloxano termoplástico,

(C) por lo menos una unidad que contiene por lo menos una capa fotosensible,

y eventualmente

(D) por lo menos una capa adicional seleccionada entre el conjunto que contiene polímeros orgánicos, polímeros orgánicos de silicio, materiales metálicos, materiales minerales y madera

Estratificados con copolímeros termoplásticos de polisiloxanos y de urea.

Son objeto del invento unos materiales estratificados, en los cuales está contenida por lo menos una capa de un copolímero termoplástico de polisiloxano y de urea así como por lo menos una capa adicional de una o varias unidades de celdas solares, a un procedimiento para su producción y a su utilización.

Como estratificado (del alemán laminat, del latín lamina: capa) se designa en general a un material de múltiples capas, que se forma por estratificación es decir por prensado y simultáneo pegamiento de por lo menos dos capas de materiales iguales o diferentes. Los materiales estratificados de vidrio son conocidos desde hace mucho tiempo y tienen un amplio sector de empleo como los denominados vidrios compuestos de seguridad en la construcción de automóviles, demás vehículos y aviones así como en la industria de la construcción. Un vidrio compuesto está constituido a modo de emparedado y se compone de por lo menos una luna de vidrio y de una capa polimérica que se encuentra sobre ella. Con la mayor frecuencia se utiliza como capa intermedia polimérica un poli(vinil-butiral) (PVB) plastificado en forma de lámina. Por lo demás, la capa intermedia se puede componer también de un poliuretano o poliacrilato o de una combinación de varios materiales diferentes.

Los módulos solares fotovoltaicos son unos materiales estratificados, que presentan una constitución a modo de capas, similar a la de los vidrios compuestos, pero adicionalmente contienen por lo menos una capa semiconductora fotosensible, que está conectada de manera apropiada por medio de unas pistas de conexión por contactos con una o varias celdas fotovoltaicas (en lo sucesivo denominadas "unidades de celdas solares"). Los estratificados con una constitución de este tipo se conocen en el uso general del idioma también por los conceptos de "módulo fotovoltaico", "módulo de celdas solares"; "módulo solar" "panel solar" o similar. Acerca de esto se ha de remitir p.ej. a la Ullmanns's Encyclopedia of Industrial Chemistry [Enciclopedia de Ullmann de la química industrial], 5ª edición, 1992, volumen A24, páginas 393-395.

Un módulo solar fotovoltaico se compone por regla general de una o varias unidades de celdas solares, interconectadas unas con otras, las cuales, para la protección contra influencias externas, son provistas de un cubrimiento protector transparente. En este contexto las unidades de celdas solares son estratificadas frecuentemente entre una luna de vidrio y una placa de cubrimiento trasera, más o menos rígida, que asimismo se puede componer de vidrio o de polímeros/copolímeros orgánicos, tales como p.ej. los constituidos sobre la base de un poli(fluoruro de vinilo) (PVF) o de un poli(tereftalato de etileno) (PET), con ayuda de una capa adhesiva transparente (módulo solar rígido). Junto a éstos se conocen también unos módulos solares flexibles que son plegables dentro de ciertos límites. En el caso de éstos, la capa de cubrimiento protectora delantera se compone por ejemplo de (co)polímeros orgánicos transparentes, mientras que la placa de cubrimiento trasera se compone de una delgada plancha de un metal o un material sintético o respectivamente de un material compuesto (compósito) apropiado sobre la base de materiales sintéticos y/o metales.

La capa adhesiva transparente, que es necesaria para la estratificación, posee varias misiones, y los requisitos establecidos para los materiales utilizados son correspondientemente altos. Así, la capa adhesiva funciona, por un lado, como material de empotramiento protector para las unidades de celdas solares extremadamente sensibles, al rodear ella a éstas totalmente y aislarlas ampliamente contra influencias externas, tales como p.ej. la penetración de humedad y de oxígeno. Al mismo tiempo, sin embargo, ella no debe de perjudicar a las propiedades ópticas de los materiales fotosensibles. Además, el material de empotramiento utilizado debe de ser altamente transparente a lo largo de varias décadas y estable frente a los rayos UV (ultravioletas), así como debe de garantizar la consistencia duradera del cuerpo compuesto de materiales a modo de emparedado a lo largo de toda la duración de vida útil del módulo solar fotovoltaico. Otros requisitos son una elaborabilidad sencilla, una buena adhesión sobre los substratos relevantes así como una alta transparencia y ausencia de burbujas después de la etapa de estratificación.

Como material adhesivo o de empotramiento transparente se emplean con frecuencia resinas de colada orgánicas, p.ej. constituidas sobre la base de poliuretanos, poliésteres, policarbonatos, epóxidos y acrilatos, así como sistemas reticulables que se basan en siliconas, tales como p.ej. geles de siliconas. Estos sistemas adhesivos pueden ser ajustados en el estado no endurecido con una viscosidad tan baja que incluso las más pequeñísimas cavidades sean rellenadas totalmente y las unidades de celdas solares sean rodeadas y cerradas sin burbujas. Mediante unos agentes endurecedores o de reticulación ya contenidos en el sistema adhesivo o respectivamente que se le han de añadir adicionalmente, se induce entonces una vulcanización, y se obtiene una capa adhesiva capaz de resistir mecánicamente.

Resulta desventajosa en los materiales de empotramiento mencionados la costosa producción de los correspondientes módulos solares, puesto que la etapa de estratificación exige el trato con sistemas de múltiples componentes y un alto cuidado al introducir o respectivamente obturar las unidades de celdas solares; esto es válido en particular en el caso de elementos con una gran área de superficie. En los casos de los sistemas orgánicos de resinas de colada, además de esto, el endurecimiento total es un proceso difícil de controlar. Además, algunas de las resinas de colada, después de varios años tienen tendencia a la formación de burbujas, al enturbiamiento o a la desestratificación.

Una alternativa a sistemas que se endurecen totalmente es -por analogía a la producción de un vidrio compuesto de seguridad- el empleo de láminas termoplásticas que se basan en polímeros o copolímeros orgánicos, en particular en un poli(butiral) (PVB) o de un copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA). Para esto, las unidades de celdas solares se empotran entre las láminas poliméricas y luego, bajo una presión elevada y una temperatura elevada, se unen con los deseados materiales de cubrimiento para formar un estratificado. La utilización de láminas termoplásticas de EVA o PVB está vinculada, sin embargo, con algunas desventajas, que repercuten negativamente tanto sobre la calidad como también sobre los costos de producción de módulos solares fotovoltaicos.

El EVA, ampliamente propagado en la construcción de módulos solares, contiene peróxidos orgánicos, con el fin de reticular posteriormente el material termoplástico original durante la etapa de estratificación y por consiguiente mejorar manifiestamente la resistencia a la viscofluencia del material de empotramiento. El peróxido, durante la estratificación, sin embargo, con frecuencia no es totalmente consumido, de manera tal que una cantidad de peróxido eventualmente en exceso puede favorecer una posterior oxidación o descomposición, y en particular sin embargo el amarilleamiento del EVA. Así, es conocido por ejemplo que un EVA reticulado posteriormente con un peróxido se vuelve amarillo bajo una influencia extensiva durante años de la luz solar, tal como aparece por ejemplo en el caso del funcionamiento de módulos solares al aire libre. Esto conduce sin embargo a una disminución lenta del rendimiento de energía solar del módulo. Además, la etapa de estratificación debe de efectuarse en vacío, a causa de la reticulación posterior inducida por peróxidos, que transcurre paralelamente. La causa original de ello se encuentra fundamentada en el hecho de que el oxígeno del aire influye negativamente sobre las reacciones de reticulación que discurren por radicales, y disminuye el grado de reticulación, y por consiguiente la resistencia a la viscofluencia del EVA posteriormente reticulado. Los peróxidos orgánicos, a su vez, al igual que sus productos de desdoblamiento y de descomposición, son unos compuestos relativamente reactivos, que con frecuencia conducen a un prematuro desgaste de las membranas contenidas en los equipos de estratificación de EVA. Adicionalmente, un EVA, en las condiciones de producción, puede poner en libertad pequeñas cantidades de ácido acético, que luego en lo sucesivo puede favorecer la corrosión de los contactos metálicos en las unidades de celdas solares. Adicionalmente, la fusión, la reticulación...

1. Estratificado que comprende

y eventualmente

2. Estratificado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en el caso del copolímero de siloxano termoplástico de la capa (B) se trata de compuestos de la fórmula general

realizándose que

3. Estratificado de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el copolímero de siloxano de la capa (B) tiene a la presión de la atmósfera circundante, es decir entre 900 y 1.100 hPa, un punto de reblandecimiento de por lo menos 40ºC.

4. Estratificado de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el copolímero de siloxano termoplástico de la capa (B) a la presión de la atmósfera circundante, es decir entre 900 y 1.100 hPa, tiene un punto de reblandecimiento de 100 a 180ºC.

5. Estratificado de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el módulo E del copolímero termoplástico con un alargamiento de 100% a la temperatura ambiente está situado en unos valores hasta de 3 N/mm².

6. Estratificado de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la capa (D) está seleccionada entre el conjunto que se compone de materiales metálicos, materiales minerales, polímeros orgánicos y orgánicos de silicio, así como sus mezclas, copolímeros y estratificados.

7. Estratificado de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque tiene por lo menos una capa (D).

8. Procedimiento para la producción de los estratificados de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque

en una 1ª etapa se produce la capa (B) a partir de un copolímero de siloxano termoplástico así como eventualmente de otras adiciones, en forma de una lámina,

en una 2ª etapa la capa de lámina (B) obtenida en la 1ª etapa, se coloca entre las capas (A) y (C) así como eventualmente (C) y (D) que se han de estratificar y

en una 3ª etapa las capas individuales se unen para formar un estratificado.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la 3ª etapa se lleva a cabo a una temperatura que está en 10 hasta 50ºC por encima de la temperatura de reblandecimiento del copolímero de siloxano termoplástico utilizado, y a una presión, que está situada entre la presión de la atmósfera circundante, es decir aproximadamente 1.000 hPa, y 20.000 hPa.