Módulos fotovoltaicos con lámina de respaldo basada en polipropileno.

Una lámina de respaldo (10) de módulo FV multi-capa, que comprende

i.

una capa principal (11) de polipropileno flexible FPP estabilizada UV, en que su parte polimérica tiene un calor de fusión residual a la temperatura de laminación del módulo de más de 10 J/g,

ii. al menos una capa (13) co-extrudida enfrentada a las células sobre la base de una mezcla de polímeros de TPO que tiene un calor de fusión residual a la temperatura de laminación del módulo, típicamente de 150ºC, de menos de 5 J/g,

en donde el FPP se selecciona de

• mezclas mecánicas o de reactor de resinas de PP (homopolímero o copolímero) con caucho de etileno propileno,

• mezclas mecánicas de resinas de PP con resinas de PP elastómeras,

• mezclas mecánicas de PP, preferiblemente copolímero aleatorio de propileno (RCP) con etileno y posiblemente otras olefinas, con plastómeros de polietileno lineal de baja densidad o polietileno de muy baja densidad,

• mezclas de polimerización de bloques de PP con bloques de PE,

o mezclas de los mismos.

Módulos fotovoltaicos con lámina de respaldo basada en polipropileno

La presente invención se refiere a una lámina de respaldo basada en polipropileno que combina un flujo lateral bajo y excelentes propiedades de desprendimiento, preferiblemente para uso en módulos fotovoltaicos.

Un módulo fotovoltaico (también abreviado módulo FV) comprende al menos las siguientes capas: una capa superior, una capa activa que consiste en una capa de material fotovoltaico emparedada entre un electrodo anterior y un electrodo posterior y una lámina de respaldo eléctricamente aislante. Habitualmente, la capa superior está conectada con la capa activa a través de una capa de adhesivo superior. En muchos casos, la capa activa está conectada con la lámina de respaldo a través de una capa de adhesivo posterior. Estas capas pueden estar fijadas a un sustrato tal como una lámina de metal o una lámina de plástico rígido, o pueden estar protegidas por una capa protectora resistente, p. ej., a los rasguños o pueden estar provistas de aún otra capa de adhesivo para la conexión a una caja de distribución o superficie de montaje. Cada una de las capas puede estar constituida por dos o más subcapas. Pueden estar incluidas capas de barrera, especialmente en la capa activa.

La capa superior es típicamente una placa de vidrio o, especialmente para módulos flexibles, una capa de polímeros fluorados tales como ETFE (etilen tetrafluoroetileno) o PVDF (poli(fluoruro de vinilideno)). En general, una capa de adhesivo superior transparente está presente entre la capa superior y la capa activa, lo más habitualmente esta capa de adhesivo superior se basa en EVA (etileno y acetato de vinilo), p. ej., en EVA reticulado tal como Vistasolar 486.1 (de Etimex). Se acepta generalmente que el EVA se beneficia de contener un vellón de vidrio o fibras de vidrio o perlas de vidrio.

Para la capa activa se conoce una multitud de materiales fotovoltaicos, p. ej., células de a-Si, células en tándem (a- Si, a-Si o a-Si, silicio microcristalino,...), de triple unión a-Si/a-SiGe/a-SiGe, fotovoltaicas orgánicas (FVO), CIGS, etc., que también se puede proporcionar en forma de múltiples capas. En el caso de una capa superior de vidrio, a menudo la capa activa está directamente unida a la capa superior. En módulos flexibles, la capa activa está generalmente construida sobre una película de soporte flexible (de plástico o metálica).

El electrodo posterior es generalmente una capa metálica tal como una capa de aluminio, y el electrodo anterior es una capa de óxido conductor transparente.

Por debajo de la capa activa es necesaria una lámina de respaldo aislante y, típicamente, está conectada a la capa activa a través de una capa de adhesivo posterior de EVA reticulable. EVA reticulable contiene peróxidos y, a menudo, también silanos. De acuerdo con la técnica anterior una denominada película TPT (Tediar/ PET /Tediar) es muy común como lámina de respaldo, que consiste en las siguientes capas, laminadas con ayuda de adhesivos complementarios:

Una película de polpuoruro de vinilo) (p. ej., Tediar®), tratada en corona o a la llama por ambas caras (de 25 a 4 pm de espesor)

una capa de adhesivo de poliuretano a base de un disolvente bi-componente (PUR) (5 a 1 pin de espesor)

una película de poli(tereftalato de etileno) (PET) (típicamente de 25 pm de espesor)

una capa de adhesivo PUR a base de disolvente bi componente (5 a 1 pm de espesor) ambas caras (de 25 a 4 pm de espesor)

Una lámina TPT de este tipo es adecuada como lámina de respaldo debido a su combinación única de propiedades útiles tales como aislamiento eléctrico, bajo o ningún envejecimiento UV, estabilidad dimensional en el módulo de la temperatura de laminación (15°C), una excelente adherencia a películas de adhesivo EVA, al menos si se trata en superficie, y senadores y limitada permeabilidad al vapor de agua. Una lámina TPT de este tipo tiene varios inconvenientes. Es muy cara de producir, ya que cada una de las capas debe ser primero producida y laminada después con pegamentos a base de disolvente suplementario. Consiste en material halogenado (Tediar®) y materiales sensibles a la hidrólisis (adhesivos de PET, PUR), que es un inconveniente grave para climas cálidos, húmedos y soleados. Por lo tanto, existe una necesidad de materiales menos costosos que proporcionen las mismas propiedades útiles.

Un adhesivo EVA reticulable del estado conocido de la técnica es una película de ,46 mm de espesor y hecha a base de EVA con alrededor del 3% de acetato de vinilo. Contiene peróxidos y, posiblemente, promotores de la adherencia de silano, absorbedores UV, antioxldantes y foto-estabilizadores HALS. Formulaciones de películas EVA se describen, p. ej., en el documento WO 99/27588. Están bien establecidas como capas de adhesivo altamente 5 transparentes duraderas. Son muy útiles para encapsular células gruesas de Si PV cristalinas (típicamente 25 pm) gracias a su capacidad de fluir alrededor de las células. Sin embargo, este tipo de películas adhesivas tienen una composición costosa y son difíciles de producir. Su reticulación se produce típicamente a alrededor de 145 - 15°C, típicamente durante 15 minutos. Un proceso de curado de este tipo es delicado de controlar (generación de burbujas durante la laminación/curado) y puede producirse una contracción inaceptable del adhesivo, con un desplazamiento 1 no deseado de las células FV.

Por lo tanto, existe una necesidad de reemplazar dicha capa de adhesivo EVA, especialmente para la aplicación de adhesivo de respaldo.

El documento EP 81991 en tramitación, no publicado previamente, menciona como información de antecedentes una capa basada en TPO Hifax CA 1 que se lamina a células FV con la ayuda de una capa de adhesivo EVA de 15 respaldo. Una combinación de este tipo no es ideal, ya que la adherencia entre la capa de adhesivo EVA y la capa

basada en TPO Hifax CA 1 es difícil de controlar y puede llegar a ser deficiente después de un cierto almacenamiento de la lámina de respaldo basada en TPO Hifax CA 1. Se observa un flujo/deformación desagradable de lámina de respaldo basada en TPO Hifax CA 1 a 15 C.

La misma aplicación proporciona en su tercera realización una lámina de respaldo que es una "capa intermedia 1 de 2 TPO/TPO /capa intermedia 2 de TPO/capa de unión", en donde el TPO se basa en Hifax CA 1 (posiblemente con

modificadores para mejorar la adherencia), la capa intermedia 1 de TPO se basa en un "mezcla de resina compatibilizante" entre Hifax CA 1 A y la capa 2, la capa intermedia 2 de TPO se basa en VLDPE y la capa de unión se basa en EAA (copolímero de etileno con ácido acrílico). Un sistema de este tipo sustituye a la capa de respaldo de adhesivo EVA. Se sigue utilizando una capa de adhesivo superior EVA, con las dificultades relacionadas 25 con el proceso conocido. También se observa un flujo desagradable a la temperatura de laminación de 15 C.

También se proporciona un reemplazo de capa de adhesivo superior EVA en forma de una capa de unión/TPO/capa de unión. La solicitud no da a conocer composiciones específicas con alta transmisión de la luz y buenas propiedades de flujo en combinación con una lámina de respaldo, especialmente en relación con que las células de silicio cristalino necesitan un flujo lateral de la capa adhesiva controlado a fin de evitar que las células se muevan 3 inaceptablemente, y la tecnología que permita una excelente adherencia al vidrio frontal al menos a una temperatura moderada de 15 C o menor.

En conclusión, existe todavía la necesidad de una composición de lámina de respaldo rentable con propiedades de desprendimiento, flujo y estabilidad dimensional mejoradas. Una lámina de respaldo de este tipo debe tener una excelente adherencia a EVA.

Posiblemente, una lámina de respaldo de este tipo debería integrarse con una capa de adhesivo posterior para reemplazar a la capa de adhesivo posterior, preferiblemente en combinación con un adhesivo superior no EVA, ambos capaces de encapsular células fotovoltaicas cristalinas gruesas. Por lo tanto, sigue existiendo la necesidad de una efectiva combinación de lámina de respaldo integrada adhesiva y una capa de unión/TPO/capa de unión transparente con alta transmisión de la luz, proporcionando tanto un flujo lateral controlado como propiedades de 4 encapsulación adecuadas y una excelente adherencia a las células cristalinas clásicas de Si y vidrio frontal a una temperatura de laminación de preferiblemente 15 C o menos.

Enfoques adicionales para reemplazar las capas de adhesivo y/o la lámina de respaldo se encuentran, p. ej., en los documentos EP 1 898 47 y WO 99/4971. En el documento EP 1 898 47 la lámina de respaldo... [Seguir leyendo]

1. Una lámina de respaldo (1) de módulo FV multl-capa, que comprende

i. una capa principal (11) de polipropileno flexible FPP estabilizada UV, en que su parte polimérica tiene un calor de fusión residual a la temperatura de laminación del módulo de más de 1 J/g,

ii. al menos una capa (13) co-extrudida enfrentada a las células sobre la base de una mezcla de polímeros de TPO que tiene un calor de fusión residual a la temperatura de laminación del módulo, típicamente de 15°C, de menos de 5 J/g,

en donde el FPP se selecciona de

mezclas mecánicas o de reactor de resinas de PP (homopolímero o copolímero) con caucho de etileno propileno,

mezclas mecánicas de resinas de PP con resinas de PP elastómeras,

mezclas mecánicas de PP, preferiblemente copolímero aleatorio de propileno (RCP) con etileno y posiblemente otras olefinas, con plastómeros de polletlleno lineal de baja densidad o polietileno de muy baja densidad,

mezclas de polimerización de bloques de PP con bloques de PE, o mezclas de los mismos.

2. Una lámina de respaldo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que el índice de fluidez de las mezclas de resina de FPP es menor que 1 g /1 min.

3. Una lámina de respaldo (1) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, laminada o co-extrudida con una capa de imprimación (13a) que tiene una adherencia intrínseca con una capa de adhesivo de EVA (5).

4. Una lámina de respaldo (1) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, laminada o co-extrudida con una capa de PO funcional (13b), es decir, una capa de unión como una capa de adhesivo posterior integrada que sustituye a una capa de adhesivo de EVA (5) reticulable.

5. Una lámina de respaldo (1) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, que contiene partículas funcionales, preferiblemente sólo en la capa (13, 13a, 13b) enfrentada a las células (4).

6. Una lámina de respaldo (1) de acuerdo con la reivindicación 5, en donde las partículas funcionales son etileno bis tetrabromo ftalimida, preferiblemente de un tamaño de partícula de 1 a 1 pm.

7. Una lámina de respaldo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en donde al menos una capa intermedia (12) sobre la base de una mezcla de resinas compatibilizantes de FPP entre polipropileno y (co-) polietileno está prevista entre la capa 'principal (11) y la capa de imprimación (13a) o la capa de PO funcional (13b) laminada o co-extrudida con la lámina de respaldo como una capa de adhesivo posterior integrada.

8. Una lámina de respaldo (1) de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la adherencia entre la capa principal de FPP y la capa de unión de PO funcional (13b) se obtiene con un sistema reactivo que comprende una capa intermedia basada en EVOH o PA.

9. Una lámina de respaldo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde están previstas varias capas intermedias (12) basadas en FPP que tienen composiciones intermedias adaptadas entre las composiciones de la capa (13, 13a, 13b) enfrentada a las células y la capa principal (11), coincidiendo dichas capas gradualmente con las composiciones y la reología de las capas a unir entre sí.

1. Una lámina de respaldo (1) de acuerdo con la reivindicación 7 ó 9, en donde la o las capas intermedias de FPP (12) comprende (comprenden) resina de VLDPE y/o de PP elastómero para mejorar la compatibilización entre capas adyacentes.

11. Una lámina de respaldo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, en donde la parte polimérica de la capa principal de FPP tiene un calor de fusión residual a la temperatura de laminación del módulo, típicamente 15°C, de más de 2 J/g y/o la mezcla de polímeros de TPO de la capa enfrentada a las células (13) se funde a la temperatura de laminación del módulo.

12. Una lámina de respaldo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la TPO se selecciona de:

mezclas de polipropileno flexible (FPP) mecánicas o de reactor de resinas de PP (homopolímero o copolímero) con caucho de etlleno propileno,

mezclas de FPP mecánicas de resinas de PP con resinas de PP elastómeras,

mezclas de FPP mecánicas de PP, preferiblemente copolímero aleatorio de propileno con etlleno y posiblemente otras definas, con plastómeros de polietileno lineal de baja densidad o de polietlleno de muy baja densidad,

mezclas de polimerización de FPP de bloques de PP con bloques de PE,

plastómeros de polietileno o polietlleno lineal de baja densidad, es decir, PE obtenido por copollmerlzaclón de etileno con alfa-oleflnas de cadena corta con una densidad de menos de 925 kg/m3 (ISO 1183),

copolímero de etlleno con comonómeros polares seleccionados de acetato de vlnllo, áster acríllco, ácido acrílico, ácido metacríllco, anhídrido maleico, posiblemente injertado, ionómeros, etc.

o mezclas de los mismos.

13. Un módulo FV que comprende una lámina de respaldo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Un módulo FV de acuerdo con la reivindicación 13, en donde una capa de adhesivo superior (2) es una capa de unión/TPO/capa de unión o una capa de unlón/TPO, en donde el TPO se selecciona de:

mezclas de polipropileno flexible (FPP) mecánicas o de reactor de resinas de PP (homopolímero o copolímero) con caucho de etileno propileno,

mezclas de FPP mecánicas de resinas de PP con resinas de PP elastómeras,

mezclas de FPP mecánicas de PP, preferiblemente copolímero aleatorio de propileno con etileno y posiblemente otras definas, con plastómeros de polietileno lineal de baja densidad o de polietileno de muy baja densidad,

mezclas de polimerización de FPP de bloques de PP con bloques de PE,

plastómeros de polietileno o polietileno lineal de baja densidad, es decir, PE obtenido por copolimerización de etileno con alfa-olefinas de cadena corta con una densidad de menos de 925 kg/m3(ISO 1183),

copolímero de etileno con comonómeros polares seleccionados de acetato de vinilo, áster acrílico, ácido acrílico, ácido metacrílico, anhídrido maleico, posiblemente injertado, ionómeros, etc.

o mezclas de los mismos.

15. Un módulo FV de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la capa de adhesivo superior (2) es un TPO funcionalizado transparente o capa de unión/TPO/capa de unión, en donde la capa de TPO tiene un flujo lateral bajo a la temperatura de laminación por una de reticular o proporcionar capas de RCPNLDPE internas.

16. Un módulo FV de acuerdo con la reivindicación 14 ó 15, en donde la al menos una capa de unión de PE se basa en (co-)PE injertado con anhídrido maleico.

17. Un módulo FV de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 13 a 16, en donde una caja de distribuciones está soldada sobre la lámina de respaldo (1).

18. Un módulo FV de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 13 a 16, en donde una caja de distribuciones está pegada sobre la al menos lámina de respaldo (1) tratada localmente en superficie con plasma.

19. Un módulo FV de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 13 a 18, en donde la lámina de respaldo (1) está laminada o co-extrudida con una capa de PO funcional (13b), es decir una capa de unión como una capa

de adhesivo posterior integrada que sustituye a una capa de adhesivo de EVA (5) reticulable.

2. Un módulo FV de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 14 a 16, en donde la adherencia de las capas de unión a vidrio como componente de módulo FV se mejora mediante deposición de vapor químico de una capa nanométrica de AI2O3.

21. Un módulo FV de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 13 a 2, que comprende, además, una capa 1 de aluminio encapsulada.

22. El uso de la lámina de respaldo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, como capa de aislamiento integrada sobre un sustrato metálico o compuesto de metal/polfmero.