ENCAPSULACIÓN DE CÉLULAS SOLARES.

Un módulo de células solares que comprende:

. un superestrato de vidrio (31),

. una caja de conexiones (32),

. células (34) solares del tipo oblea interconectadas dispuestas en posiciones predeterminadas con relación al superestrato (31) en una capa de adhesivo (33) de silicona,

. una capa de acabado de encapsulante (35) de silicona dispuesta para proteger las obleas (34) y conducciones eléctricas que unen obleas adyacentes revestidas de tal modo que dichas conducciones se pueden unir adicionalmente en un material de capa dorsal o el encapsulante de silicona para formar un cierre integral.

Encapsulación de células solares Esta invención se refiere a una célula solar y a un procedimiento para aplicar un material encapsulante basado en silicona sobre células solares para formar un módulo de células solares.

Las células solares o fotovoltaicas son dispositivos semiconductores usados para convertir luz en electricidad (denominados de aquí en adelante células solares) . Típicamente por la exposición a la luz, una célula solar genera un voltaje entre sus terminales que da como resultado un consecuente flujo de electrones, cuyo tamaño es proporcional a la intensidad de la luz que incide sobre la unión fotovoltaica formada en la superficie de la célula. Las células solares se pueden fabricar de cualquier material semiconductor apropiado tal como, por ejemplo, silicio cristalino o policristalino o silicio en películas delgadas, por ejemplo, silicio amorfo o semicristalino, arseniuro de galio, diseleniuro de cobre e indio, telururo de cadmio, diseleniuro de cobre, indio y galio, mezclas que incluyen uno cualquiera o más de los últimos y similares. Hay generalmente actualmente dos tipos de células solares, obleas y películas delgadas. Una oblea es una lámina delgada de material semiconductor hecha cortándola mecánicamente de un solo cristal o lingote o pieza fundida multicristalina. Las células solares basadas en películas delgadas son capas continuas de materiales semiconductores típicamente depositados sobre un substrato o superestrato por procedimientos de pulverización catódica o deposición de vapores químicos o técnicas similares.

Debido a la frágil naturaleza de las células solares basadas tanto en obleas como en películas delgadas es esencial que las células estén soportadas por un miembro de soporte que lleva la carga. Este miembro de soporte que lleva la carga puede ser rígido, por ejemplo, un material rígido de placa de vidrio, o un material flexible, por ejemplo, películas metálicas y/o láminas o materiales plásticos apropiados tales como poliimidas. Un módulo de células solares o fotovoltaicas (denominado de aquí en adelante módulo de células solares) comprende una única célula solar o un conjunto plano de células solares interconectadas soportadas por un miembro de soporte que lleva la carga. Los módulos de células solares están típicamente encapsulados para proteger la célula del medio ambiente. El miembro de soporte del modulo de células solares puede ser una capa superior o superestrato que es transparente a la luz solar, es decir, colocada entre las células solares y una fuente de luz. Alternativamente, el miembro de soporte puede ser una capa o substrato de soporte que está colocada detrás de las células solares. A menudo las células solares comprenden tanto un superestrato como un substrato. Típicamente una serie de módulos de células solares están interconectados para formar un dispositivo solar que funciona como una sola unidad que produce electricidad en la que las células y módulos están interconectados de tal modo para generar un voltaje apropiado para dar energía a un equipo o alimentar una batería para almacenamiento, etc.

En general, los módulos de células solares están hechos interconectando eléctricamente células solares individuales en un superestrato o substrato y estratificando las células interconectadas en un módulo de células solares integral. Además del soporte y protección proporcionado por los anteriormente mencionados superestrato y/o substrato de soporte las superficies sobre las que incide la luz de las células también están generalmente protegidas del medio ambiente (por ejemplo, viento, lluvia, nieve, polvo y similares, estando cubiertas con uno o más materiales de revestimiento o barrera encapsulante (de aquí en adelante denominado (s) "encapsulante (s) ") .

Usualmente los módulos de células solares basados en obleas se diseñan usando un superestrato que es transparente a la luz solar fabricado de un material, usualmente en combinación con un substrato y que tiene una o más capas de encapsulante como adhesivo de la célula para adherir las células al superestrato y cuando está presente al substrato. Por consiguiente, la luz pasa a través del superestrato transparente y adhesivo antes de llegar a la oblea semiconductora. El superestrato, típicamente un panel rígido, sirve para proteger un lado de la célula solar de las condiciones medioambientales potencialmente dañinas y el otro lado está protegido por la combinación de varias capas de encapsulantes y un substrato.

Se han propuesto una amplia variedad de materiales para uso como encapsulantes de módulo de células solares. Los ejemplos comunes incluyen películas de copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA) , Tedlar® de E.1. Dupont de Nemours & Co de Wilmington Delaware y uretanos curables por UV. Los encapsulantes se suministran generalmente en la forma de películas y se estratifican sobre las células, y superestrato y/o substrato. Los ejemplos de la técnica anterior incluyen la estratificación de células solares usando adhesivos tal como se ejemplifica en el documento US4331494 y la aplicación de un polímero acrílico y una capa resistente al clima como se describe en el documento US4374955. Se han preparado también módulos de células solares moldeando y curando prepolímeros acrílicos sobre las células solares como se describe en el documento US4549033 y también en la solicitud de patente europea EP O 578091A.

Tanto el documento EP 0406814 como US 6320116 describen sistemas de encapsulación para células solares o sistemas fotovoltaicos. Kondo et al. (Solar Energy Materials and solar Cells 49 (1997) páginas 127 a 133) describen el uso de una resina líquida orgánica termoendurecible como medio para encapsular módulos fotovoltaicos de silicio amorfo pero no identifican claramente la resina usada.

Típicamente en la técnica anterior los encapsulantes usados son peliculares y por lo tanto las capas de encapsulante se tienen que estratificar con calor y en condiciones de vacío lo que provoca que se fundan, unan a las

superficies adyacentes, y literalmente "encapsulen" las células solares.

Los métodos que existen actualmente para encapsulación de módulos de células solares se llevan a cabo usualmente de modo discontinuo debido a la etapa de estratificación que hace lento todo el procedimiento dando como resultado el hecho de que el coste total de encapsular los módulos es alto. En muchos casos, se pueden aplicar varias capas de encapsulante usando el mismo o diferentes materiales encapsulantes para diferentes capas. Un ejemplo de un módulo de la técnica anterior se muestra aquí en la Fig. 1. Por ejemplo, un módulo puede comprender un superestrato que soporta una pluralidad de células solares con una primera capa de encapsulante que es transparente a la luz solar, utilizado como adhesivo, para adherir el superestrato a una serie de células solares interconectadas. Una segunda o capa trasera de encapsulante se puede aplicar a continuación sobre la primera capa de encapsulante e interconectar las células solares. La segunda capa de encapsulante puede ser una capa adicional del mismo material que se usa para el primer encapsulante, por ejemplo, acetato de etilenvinilo (EVA) y/o puede ser transparente o de cualquier color apropiado. El substrato está presente en forma de una dura o rígida capa dorsal (backskin) para proporcionar protección a la superficie trasera del módulo. Se ha propuesto una amplia variedad de materiales para el substrato, que no necesita necesariamente ser transparente a la luz, estos incluyen los mismos materiales que el superestrato, por ejemplo, vidrio, pero pueden incluir también materiales tales como fluoropolímeros orgánicos tales como etileno tetratfluoroetileno (ETFE) , Tedlar®, o poli (tereftalato de etileno) (PET) solo o revestido con materiales basados en silicio y oxígeno (SiOx) .

Usualmente se proporciona un sello protector para cubrir los bordes del módulo, y se proporciona un marco perimétrico hecho de aluminio o un material plástico para cubrir el sello. El marco protege los bordes del módulo cuando la cubierta frontal está hecha de un material frágil tal como vidrio. Por consiguiente, tras la estratificación y aplicación del sello protector, el módulo se monta en el marco. Los marcos apropiados para uso en combinación con módulos de células solares comprenden huecos de montaje que se proporcionan para permitir el fácil montaje del módulo enmarcado resultante en un objeto apropiado en el campo. Típicamente el procedimiento de montaje se conseguirá usando cualquier sistema de montaje apropiado, por ejemplo, por medio... [Seguir leyendo]

1. Un módulo de células solares que comprende:

. un superestrato de vidrio (31) , . una caja de conexiones (32) , . células (34) solares del tipo oblea interconectadas dispuestas en posiciones predeterminadas con relación al superestrato (31) en una capa de adhesivo (33) de silicona, . una capa de acabado de encapsulante (35) de silicona dispuesta para proteger las obleas (34) y conducciones eléctricas que unen obleas adyacentes revestidas de tal modo que dichas conducciones se pueden unir adicionalmente en un material de capa dorsal o el encapsulante de silicona para formar un cierre integral.

2. Un módulo de células solares según la reivindicación 1, en el que cada célula solar es una oblea en el que dicha célula solar está hecha de silicio cristalino o policristalino o película delgada de silicio, por ejemplo, silicio amorfo o semicristalino, arseniuro de galio, diseleniuro de cobre e indio, telururo de cadmio, diseleniuro de cobre, indio y galio, mezclas que incluyen uno cualquiera o más de los últimos.

3. Un módulo de células solares según la reivindicación 1 o 2, en el que cada célula solar es una oblea hecha de un solo cristal de silicio o de silicio policristalino.

4. Un módulo de células solares según cualquier reivindicación precedente, el que la viscosidad de la composición encapsulante final de silicona líquida es preferentemente de 100 a 10.000 mPa.s medida a 25º C.

5. Un módulo de células solares según cualquier reivindicación precedente, en el que el encapsulante de silicona líquida comprende

Componente (A) : 100 partes en peso de un diorganopolisiloxano líquido que tiene por lo menos dos grupos Sialquenilo por molécula y una viscosidad a 25º C de 100 a 15.000 mPa.s;

Componente (B) : de 20 a 50 partes en peso de una resina de silicona que contiene por lo menos dos grupos alquenilo;

Componente (C) : un agente de reticulación en la forma de un poliorganosiloxano que tiene por lo menos dos átomos de hidrógeno unido a silicio por molécula, en una cantidad tal que la relación del número de moles de hidrógeno unido a silicio al número total de moles de grupos alquenilo unido a silicio es de 0, 1:1 a 5:1;

Componente (D) : un catalizador de hidrosililación en el que la cantidad de metal en dicho catalizador de hidrosililación es de 0, 01 a 500 partes en peso por 1.000.000 partes en peso de componente (A) .

6. Un módulo de células solares según la reivindicación 5, en el que la relación del número de moles de hidrógeno unido a silicio al número total de moles de grupos alquenilo unido a silicio en el componente (A) es > 1:1.

7. Un módulo de células solares según la reivindicación 5 o 6, en el que la composición adicionalmente comprende uno o más promotores de adhesión y/o agente (s) antiensuciamiento y/o inhibidor (es) de curado y/o silano de la fórmula:

(R1O) 3SiR2

en la que R1 es un grupo alquilo que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, R2 se selecciona del grupo de un grupo alcoxi que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, un grupo alquilo que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, un grupo alquenilo que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, un grupo acrílico o un grupo alquilacrílico.

8. Un módulo de células solares según cualquier reivindicación precedente, en el que se proporciona una capa adhesiva que comprende un adhesivo de silicona líquida adaptado para adherir células solares a un superestrato o substrato.

9. Un módulo de células solares según cualquier reivindicación precedente, en el que la viscosidad de la composición encapsulante final de silicona líquida es preferentemente de 100 a 2000 mPa.s medida a 25º C.

10. Un módulo de células solares según la reivindicación 8 o 9, en el que el adhesivo de silicona líquida comprende:

. Componente (Ai) : 100 partes en peso de un diorganopolisiloxano líquido que tiene por lo menos dos grupos Sialquenilo por molécula y una viscosidad a 25º C de 100 a 10.000 mPa.s;

. Componente (Bi) : de 20 a 40 partes en peso de una resina de silicona que contiene por lo menos dos grupos alquenilo;

. Componente (Ci) : un agente de reticulación en la forma de un poliorganosiloxano que tiene por lo menos dos átomos de hidrógeno unido a silicio por molécula, en una cantidad tal que la relación del número de moles de hidrógeno unido a silicio al número total de moles de grupos alquenilo unido a silicio es de 0, 1:1 a 1:1;

. Componente (Di) : un catalizador de hidrosililación en el que la cantidad de metal en dicho catalizador de hidrosililación es de 0, 01 a 500 partes en peso por 1.000.000 partes en peso de componente (Ai) .

11. Un módulo de células solares según la reivindicación 5, en el que la relación del número de moles de hidrógeno unido a silicio al número total de moles de grupos alquenilo unido a silicio en el componente (A) es º 1:1.

12. Un módulo de células solares según la reivindicación 10 o 11, en el que la composición adhesiva adicionalmente comprende un promotor de adhesión y/o un inhibidor de curado y/o un silano de la fórmula:

(R1O) 3SiR2

en la que R1 es un grupo alquilo que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, R2 se selecciona del grupo de un grupo alcoxi que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, un grupo alquilo que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, un grupo alquenilo que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, un grupo acrílico o un grupo alquilacrílico.

13. Un módulo de células solares según cualquier reivindicación precedente que comprende un adhesivo y un encapsulante, en el que el encapsulante comprende una fracción de resina de entre 20% y 90% en peso y el adhesivo tiene una fracción de resina d.

2. 30% en peso.

14. Un módulo de células solares según cualquier reivindicación precedente, en el que el encapsulante se cura sin desprender compuestos volátiles.

15. Un módulo de células solares según cualquier reivindicación precedente, en el que el encapsulante y/o adhesivo de silicona curada exhiben una transmisión de la luz sustancialmente equivalente al vidrio.

16. Un módulo de células solares según cualquier reivindicación precedente, en la que la célula solar o serie de células solares se pretratan previamente a la adhesión y/o encapsulación con un silano de la fórmula:

(R1O) 3SiR2

en la que R1 es un grupo alquilo que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, R2 se selecciona del grupo de un grupo alcoxi que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, un grupo alquilo que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, un grupo alquenilo que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, un grupo acrílico o un grupo alquilacrílico.

17. Un procedimiento continuo de encapsulación de módulos de células solares que comprende las etapas de aplicar un adhesivo de silicona sobre un superestrato de vidrio, depositar células solares interconectadas, que proporcionan una caja de conexiones, en/sobre el adhesivo sin curar, curar el adhesivo térmicamente o por radiación infrarroja de un modo tal que el adhesivo fija las células solares interconectadas en una posición predefinida sobre el superestrato, y a continuación aplicar uniformemente por pulverización, revestimiento o dispensando un predeterminado volumen de un encapsulante de silicona líquida sobre un módulo de células solares y curar dicho encapsulante térmicamente o por radiación infrarroja.

18. Un procedimiento continuo de encapsulación de módulos de células solares según la reivindicación 17 con un encapsulante según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7.

19. Un procedimiento continuo de encapsulación de módulos de células solares según la reivindicación 17 o 18, en el que el encapsulante de silicona líquida se aplica usando un revestidor de cortina.

20. Un procedimiento continuo de encapsulación de módulos de células solares según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, en el que el encapsulante de silicona líquida se cura en un horno continuo.

21. Un procedimiento continuo de encapsulación de módulos de células solares según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, en el que la capa resultante de encapsulante es un revestimiento de película delgada uniforme que tiene un grosor que varía de 20 Im a 1200 Im.

22. Un procedimiento continuo de encapsulación de módulos de células solares según la reivindicación 17, en el que el adhesivo de silicona líquida tiene una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12.

23. Un procedimiento continuo de encapsulación de módulos de células solares según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 21, en el que los medios para aplicar el encapsulante están adaptados tal que el encapsulante se aplica en forma de una película uniforme libre de burbujas o sustancialmente libre de burbujas encima de una célula solar en el módulo.

24. Un procedimiento continuo de encapsulación de módulos de células solares según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 23, en el que la deposición de una célula solar o serie de células solares en una primera capa de encapsulante de silicona líquida o adhesivo de silicona líquida es por medio de un dispositivo de sujeción a vacío controlado por un robot de seis ejes, u otra colocación automática, y se utiliza un séptimo eje u otro dispositivo de

sujeción para controlar la colocación del conjunto de células solares en una capa líquida muy delgada de 100 a 700 Im.

25. Un procedimiento continuo de encapsulación de módulos de células solares según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 23, en el que se aplica un material termoplástico o termoelastómero para formar un marco que rodea a un módulo curado para proteger los bordes del panel de la entrada de agua.

26. Un módulo de células solares del procedimiento continuo de encapsulación de módulos de células solares según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 23, en el que el silano de la fórmula:

(R1O) 3SiR2

en la que R1 es un grupo alquilo que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, R2 se selecciona del grupo de un grupo alcoxi que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, un grupo alquilo que comprende de 1 a 6 átomos de 15 carbono, un grupo alquenilo que comprende de 1 a 6 átomos de carbono, un grupo acrílico o un grupo alquilacrílico; se utiliza para pretratar una célula solar o serie de células solares previamente a la adhesión y/o encapsulación.

27. El uso de un encapsulante de silicona líquida para encapsular un módulo de células solares según la reivindicación 1.

28. El uso según la reivindicación 27, en el que el encapsulante es una composición según una cualquiera de 20 las reivindicaciones 4 a 8.