Composición de fluoropolímero opaca que comprende pigmentos blancos para elementos fotovoltaicos de células solares.

Composición de fluoropolímero que tiene una transmitancia luminosa total (TT) de menos de 0,

15 (15%) cuando se mide según la norma ASTM D1003 en una muestra que tiene un grosor de aproximadamente 50 μm, comprendiendo dicha composición:

- al menos un fluoropolímero que contiene hidrógeno [polímero (A)]; y

- desde el 5 hasta el 80% en peso de (A) de al menos un pigmento inorgánico [pigmento (I)]

- desde el 1 hasta el 99% en peso de (I) de al menos un per(halo)fluoropolímero, escogido de entre copolímeros de tetrafluoroetileno (TFE) que tienen una viscosidad dinámica, determinada según la norma ASTM D 4440, a una velocidad de cizallamiento de 1 rad x s-1 de menos de 100 Pa x s a una temperatura de 280ºC [polímero (B)].

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/063457.

Solicitante: Solvay Specialty Polymers Italy S.p.A.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: Via Lombardia, 20 20021 Bollate (MI) ITALIA.

Inventor/es: ABUSLEME, JULIO A., TONIOLO,PAOLO, BASSI,MATTIA, FAIG,RÉGIS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C08K3/00 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C08 COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION O PRODUCCION QUIMICA; COMPOSICIONES BASADAS EN COMPUESTOS MACROMOLECULARES.C08K UTILIZACION DE SUSTANCIAS INORGANICAS U ORGANICAS NO MACROMOLECULARES COMO INGREDIENTES DE LA COMPOSICION (colorantes, pinturas, pulimentos, resinas naturales, adhesivos C09). › Utilización de ingredientes inorgánicos.
  • C08L27/12 C08 […] › C08L COMPOSICIONES DE COMPUESTOS MACROMOLECULARES (composiciones basadas en monómeros polimerizables C08F, C08G; pinturas, tintas, barnices, colorantes, pulimentos, adhesivos C09; filamentos o fibras artificiales D01F; composiciones para el tratamiento de textiles D06). › C08L 27/00 Composiciones de homopolímeros o copolímeros de compuestos que tienen uno o más radicales alifáticos insaturados, que tienen cada uno solamente un enlace doble carbono-carbono, y estando al menos uno terminado por un halógeno; Composiciones de derivados de tales polímeros. › que contienen flúor.
  • C08L27/16 C08L 27/00 […] › Homopolímeros o copolímeros de fluoruro de vinildeno.
  • C08L27/18 C08L 27/00 […] › Homopolímeros o copolímeros de tetrafluoretileno.
  • H01L31/048 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › encapsulados de modulos.

PDF original: ES-2453972_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Composición de fluoropolímero opaca que comprende pigmentos blancos para elementos fotovoltaicos de células solares 5

Campo técnico

Esta invención se refiere a determinadas composiciones de polímero parcialmente fluorado que comprenden una gran cantidad de cargas inorgánicas, a su elaboración y a su uso para la elaboración de determinadas partes de células fotovoltaicas.

Antecedentes de la técnica En los últimos años, se ha predicho el calentamiento de la tierra por el denominado efecto invernadero debido a un aumento del CO2 atmosférico. En vista de esto, hay una demanda aumentada de medios de generación de energía que puedan proporcionar energía limpia sin provocar la acumulación de CO2. Entre diversas propuestas que se espera que cumplan con tal demanda social, se espera que las células solares que proporcionan conversión fotoeléctrica sean una fuente de generación de energía futura ya que suministran energía eléctrica particularmente sin consumo combustibles fósiles y sin emisión de CO2 y/o de otros contaminantes.

Los módulos de célula solar comprenden generalmente al menos un elemento fotovoltaico encapsulado entre una capa frontal en su lado de superficie que recibe luz y una capa posterior. La capa frontal, a menudo revestida con vidrio, se proporciona generalmente para garantizar la resistencia al clima, resistencia antirrayas y al impacto, resistencia al calor, pero permitiendo aún el acceso a la eficiencia de conversión fotoeléctrica máxima gracias a la transparencia en todo el espectro visible.

Por otro lado, el lado posterior del módulo se cubre a menudo con una capa de refuerzo, compuesta generalmente de películas poliméricas y productos laminados.

La capa de refuerzo está prevista generalmente para proporcionar resistencia a la intemperie, protección física, aislamiento eléctrico y protección frente a la humedad del cableado y otros componentes sensibles del módulo, mientras se adhiere a las otras partes del módulo. Normalmente se requiere que esta capa posterior sea opaca, para proporcionar una protección adecuada frente a la radiación solar de las capas/componentes posiblemente sensibles ubicados detrás de la misma. Además, con el fin de minimizar pérdidas de energía por radiación luminosa, puede requerirse que esta capa posterior tenga capacidades reflectantes. Finalmente, se requieren propiedades mecánicas adecuadas.

Entre las soluciones propuestas hasta ahora como capa posterior, en el pasado se han propuesto materiales compuestos que comprenden una capa de fluoropolímero, en particular capas de polímero de fluoruro de vinilideno (VDF) o polímero de fluoruro de vinilo (PVF) , posiblemente acopladas con otras capas de polímero (por ejemplo, poli (tereftalato de etileno) ) .

No obstante, las composiciones de fluoropolímero que proporcionan películas que cumplen las características mencionadas anteriormente aún son escasas en la técnica.

En realidad, se conocen en la técnica composiciones de fluoropolímero, en particular composiciones de polímero de VDF, que comprenden pigmentos inorgánicos, en particular pigmentos blancos basados en Zn. Composiciones que comprenden VDF y ZnO o ZnS se dan a conocer particularmente en los documentos GB 1049089 (PENNSALT CHEMICALS CORP) 23/11/1966, US 4314004 (PPG INDUSTRIES INC) 2/02/1982, US 3839253 (BALM PAINTS

LTD) 1/10/1974.

Como se ha mencionado, dichas composiciones ya han encontrado aplicación como capas reflectantes/opacas en aplicaciones relacionadas con la luz/óptica, incluyendo los módulos fotovoltaicos.

Así, el documento US 2006001978 (ETERNAL CHEMICAL CO LTD) 5/01/2006 da a conocer una película resistente a UV útil en las LCD como película reflectante para fuente de luz posterior, hecha de una capa de película de sustrato recubierta con una fluororresina (por ejemplo un polímero de VDF, VF o clorotrifluoroetileno (CTFE) ) mezclada con partículas inorgánicas (por ejemplo partículas de ZnO) y un agente fluorescente, por ejemplo ZnS.

Además, los documentos WO 2007/079246 (DU PONT (US) ) 12/07/2007 y WO 2007/079247 (DU PONT (US) ) 12/07/2007 dan a conocer una película recubierta con fluoropolímero útil como lámina posterior en un módulo fotovoltaico, comprendiendo dicha película:

- una película polimérica, preferiblemente una película de poliéster (que proporciona aislamiento eléctrico y 65 propiedades de barrera frente a la humedad) ; - una capa de recubrimiento de fluoropolímero, basada preferiblemente en polímeros de VDF o VF, que comprende además pigmentos o cargas (por ejemplo óxidos metálicos; sulfuros) que tienen una estabilidad térmica alta y/o partículas de barrera (que pueden reducir la permeación con respecto al agua, disolventes y gases) , como en particular partículas de mica recubiertas con por ejemplo ZnO.

Otros documentos que dan a conocer películas similares útiles como lámina posterior en un módulo fotovoltaico son los documentos US 2008/124556 y EP 1938967.

No obstante, aunque la maximización del contenido en cargas inorgánicas, en particular del contenido en cargas basadas en Zn, en la composición de fluororresina se recomienda para alcanzar las propiedades de opacidad, blancura y reflexión requeridas, la procesabilidad de la composición de las mismas para fabricar películas generalmente se ve enormemente afectada, de modo que en realidad no están disponibles películas de propiedades mecánicas adecuadas.

Divulgación de la invención La invención por el presente documento proporciona una composición de fluoropolímero que tiene una transmitancia luminosa total de menos de 0, 15 (15%) , cuando se mide según la norma ASTM D1003 en una muestra que tiene un grosor de aproximadamente 50 μm, comprendiendo dicha composición:

- al menos un fluoropolímero que contiene hidrógeno [polímero (A) ]; y

- desde el 5 hasta el 80% en peso de (A) de al menos un pigmento inorgánico [pigmento (I) ]

- desde el 1 hasta el 99% en peso de (I) de al menos un per (halo) fluoropolímero escogido de entre copolímeros de tetrafluoroetileno (TFE) que tienen una viscosidad dinámica a una velocidad de cizallamiento de 1 rad x s-1 de menos de 100 Pa x s a una temperatura de 280ºC [polímero (B) ].

El solicitante ha encontrado sorprendentemente que añadiendo polímero (B) a la composición basada en polímero (A) es ventajosamente posible obtener una dispersión uniforme del pigmento (I) de modo que puede obtenerse una composición que tiene una opacidad excepcional y que todavía puede procesarse en forma de películas, de modo que pueden elaborarse a partir de la misma películas con menos defectos (si alguno) (por ejemplo como ojos de pez) y propiedades mecánicas adecuadas.

De acuerdo con las propiedades mecánicas de la película obtenida a partir de la composición de la invención, el solicitante ha encontrado sorprendentemente que se obtienen valores altos de alargamiento en la rotura, en particular en la dirección de la máquina en caso de películas extruidas: estas propiedades permiten una laminación eficaz con otra (s) capa (s) plástica (s) o no plástica (s) .

Es esencial que el material de fluoropolímero sea apropiado como componente de una lámina posterior de un módulo de célula solar para que tenga dicha transmitancia luminosa total de menos del 15%, como se detalló anteriormente; esto significa que el material puede proporcionar una opacidad adecuada como se requiere para esta aplicación particular. Las composiciones que tienen una transmitancia luminosa total que supera el límite anterior se consideran no adecuadas para esta aplicación, ya que no pueden proporcionar las ventajas mencionadas 45 anteriormente.

La expresión “grosor de aproximadamente 50 μm” debe interpretarse según los significados convencionales, incluyendo la varianza típica de +/- 5 μm.

La composición de fluoropolímero tiene preferiblemente una transmitancia luminosa total (TT) de menos de 0, 1 (10%) , preferiblemente de menos de 0, 07 (7%) , cuando se mide según la norma ASTM D1003 en una muestra que tiene un grosor de aproximadamente 50 μm.

Como la transmitancia luminosa total (TT) puede calcularse en muestras de grosor diferente, puede ser más fácil

comparar propiedades ópticas de la composición de la invención derivando de la transmitancia luminosa total mencionada anteriormente, medida según la norma ASTM D1003, el parámetro de absorbancia óptica (α) , que es en efecto independiente del grosor, siguiendo la ecuación:

en la que t es el grosor de la muestra en cm.

Una TT de menos de 0, 15 (15%) para un grosor de muestra de 50 μm corresponde en efecto... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Composición de fluoropolímero que tiene una transmitancia luminosa total (TT) de menos de 0, 15 (15%) cuando se mide según la norma ASTM D1003 en una muestra que tiene un grosor de aproximadamente 50 μm, 5 comprendiendo dicha composición:

- al menos un fluoropolímero que contiene hidrógeno [polímero (A) ]; y

- desde el 5 hasta el 80% en peso de (A) de al menos un pigmento inorgánico [pigmento (I) ]

- desde el 1 hasta el 99% en peso de (I) de al menos un per (halo) fluoropolímero, escogido de entre copolímeros de tetrafluoroetileno (TFE) que tienen una viscosidad dinámica, determinada según la norma ASTM D 4440, a una velocidad de cizallamiento de 1 rad x s-1 de menos de 100 Pa x s a una temperatura de 280ºC [polímero (B) ].

2. Composición según la reivindicación 1, en la que dicha composición tiene un valor de α de más de 165 cm-1, en el que el valor de α viene dado por la fórmula:

en la que TT es la transmitancia luminosa total determinada según la norma ASTM D1003 y t es el grosor de la muestra en cm.

3. Composición según la reivindicación 2, teniendo dicha composición un índice de blancura (WI) de al menos 80,

preferiblemente de al menos 85, más preferiblemente de al menos 90, como está estipulado por la norma ASTM E 25 313.

4. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el polímero (A) se escoge de entre:

(A-1) copolímeros de TFE y/o CTFE con etileno, propileno o isobutileno, preferiblemente etileno, con una razón molar de per (halo) fluoromonómero (s) /comonómero (s) hidrogenado (s) de desde 30:70 hasta 70:30, que contienen opcionalmente uno o más comonómeros en cantidades de desde el 0, 1 hasta el 30% en moles, basado en la cantidad total de TFE y/o CTFE y comonómero (s) hidrogenado (s) ;

(A-2) polímeros de fluoruro de vinilideno (VDF) , que comprenden opcionalmente unidades de repetición, en una cantidad comprendida generalmente entre el 0, 1 y el 15% en moles, derivadas de uno o más comonómero (s) fluorado (s) diferentes de VDF, y opcionalmente comprenden además uno o más comonómero (s) hidrogenado (s) ; y mezclas de los mismos.

5. Composición según la reivindicación 4, en la que el polímero (A) es un polímero de VDF (A-2) que comprende:

(a’) al menos el 60% en moles, preferiblemente el menos el 75% en moles, más preferiblemente el 85% en moles de fluoruro de vinilideno (VDF) ;

(b’) opcionalmente desde el 0, 1 hasta el 15%, preferiblemente desde el 0, 1 hasta el 12%, más preferiblemente desde el 0, 1 hasta el 10% en moles de un comonómero fluorado escogido de entre fluoruro de vinilo (VF) , clorotrifluoroetileno (CTFE) , hexafluoropropeno (HFP) , tetrafluoroetileno (TFE) , perfluorometilvinil éter (MVE) , trifluoroetileno (TrFE) y mezclas de los mismos; y

(c’) opcionalmente desde el 0, 1 hasta el 5% en moles, preferiblemente del 0, 1 al 3% en moles, más preferiblemente del 0, 1 al 1% en moles, basado en la cantidad total de monómeros (a’) y (b’) , de uno o más comonómero (s) hidrogenado (s) .

6. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el pigmento (I) se selecciona de 55 entre óxidos, sulfuros, oxihidróxidos, silicatos, sulfatos, carbonatos y mezclas de los mismos.

7. Composición según la reivindicación 6, en la que el pigmento (I) es un pigmento blanco seleccionado de entre pigmentos de TiO2, pigmentos de óxido de zinc, pigmentos de sulfuro de zinc, pigmentos de litopón, pigmentos de albayalde, sulfato de bario, y los pigmentos complejos correspondientes obtenidos del recubrimiento de los pigmentos mencionados anteriormente sobre portadores inorgánicos adecuados.

8. Composición según la reivindicación 7, en la que el pigmento (I) se selecciona de entre pigmentos de óxido de zinc y pigmentos de sulfuro de zinc.

9. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el polímero (B) se selecciona de entre copolímeros de TFE que comprenden unidades de repetición derivadas de al menos un per (halo) fluoromonómero escogido de entre el grupo que consiste en:

- perfluoroalquilvinil éteres que cumplen con la fórmula CF2=CFORf1’, en la que Rf1’ es un perfluoroalquilo C1-C6, por

ejemplo -CF3, -C2F5, -C3F7; y/o 5

- perfluorooxialquilvinil éteres que cumplen con la fórmula CF2=CFOX0, en la que X0 es un perfluorooxialquilo C1-C12 que tiene uno o más grupos éter, como perfluoro-2-propoxipropilo; y/o

- perfluoroolefinas C3-C8, tales como hexafluoropropileno;

- per (halo) fluorodioxoles de fórmula:

en la que cada uno de Rf3A, Rf4A, Rf5A, Rf6A, iguales o diferentes entre sí, es independientemente un átomo de flúor, un grupo perfluoroalquilo C1-C6, que comprende opcionalmente uno o más átomos de oxígeno.

10. Composición según la reivindicación 9, en la que el polímero (B) es un copolímero de tetrafluoroetileno (TFE) /perfluorometilvinil éter (MVE) que consiste esencialmente en: 20

- desde el 3 hasta el 25% en moles, preferiblemente desde el 5 hasta el 20% en moles, más preferiblemente desde el 8 hasta el 18% en moles, incluso más preferiblemente desde el 10 hasta el 15% en moles de unidades de repetición derivadas de MVE; y

- desde el 97 hasta el 75% en moles, preferiblemente desde el 95 hasta el 80% en moles, más preferiblemente desde el 92 hasta el 82% en moles, incluso más preferiblemente desde el 90 hasta el 85% en moles de unidades de repetición derivadas de TFE.

11. Procedimiento para la elaboración de la composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que 30 comprende mezclar el polímero (A) , el pigmento (I) y el polímero (B) .

12. Película o lámina que comprende la composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

13. Uso de la película o lámina según la reivindicación 12 en un módulo de célula solar. 35

14. Módulo de célula solar que comprende al menos un elemento fotovoltaico encapsulado entre una capa frontal en su lado de superficie que recibe luz y una capa posterior, comprendiendo dicha capa posterior al menos una capa que comprende la composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.


 

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