ES2587593T3 - Película sellante para módulos fotovoltaicos y módulos fotovoltaicos que usan la misma - Google Patents

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Abstract

Una película sellante de célula solar, que comprende, copolímero de etileno-acetato de vinilo, un reticulador e hidrotalcita, que además contiene un compuesto de (met)acrilato representado por la siguiente Fórmula (I):**Fórmula** en la que R1, R2 y R3 cada uno, independientemente, representa H o CH3, y n es un número entero de 9 a 14, en donde el reticulador es peróxido orgánico; caracterizada por un contenido de hidrotalcita de 0,5 a 1,5 partes en peso, en base a 100 partes en peso del copolímero de etileno-acetato de vinilo.

Description

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El iniciador de la fotopolimerización está presente preferiblemente en el intervalo de 0,5 a 5,0 partes en peso, en base a 100 partes en peso del copolímero de etileno-acetato de vinilo.
[Agente auxiliar de reticulación]
La película sellante de célula solar de la presente invención puede contener, si fuese necesario, un agente auxiliar 5 de reticulación. El agente auxiliar de reticulación posibilita el aumento de la fracción de gel del copolímero de etilenoacetato de vinilo y la mejora de la durabilidad de la película sellante.
El auxiliar de reticulación se usa generalmente en una cantidad de 10 partes en peso o menos, preferiblemente en el intervalo de 0,1 a 5,0 partes en peso, más preferiblemente en el intervalo de 0,1 a 2,5 partes en peso, en base a 100 partes en peso de copolímero de etileno-acetato de vinilo. En consecuencia, se puede obtener una película sellante
10 que tiene una excelente propiedad de adherencia.
Los ejemplos de agentes auxiliares de reticulación (compuestos que tienen un grupo polimerizable por radicales como grupo funcional) incluyen agentes auxiliares reticulantes trifuncionales tales como cianurato de trialilo e isocianurato de trialilo, y agentes auxiliares de reticulación mono-o difuncionales de ésteres de (met)acrilo (por ejemplo, éster NK, etc.). Entre estos compuestos, se prefieren el cianurato de trialilo y el isocianurato de trialilo, en
15 especial, el isocianurato de trialilo.
[Mejorador de la adhesión]
La película sellante de célula solar de la invención tiene preferiblemente una excelente adhesión desde el punto de vista de rendimiento del sellado dentro de una célula solar. Por lo tanto, la película sellante contiene preferiblemente un mejorador de la adhesión. Como mejorador de la adhesión, se pueden emplear agentes de acoplamiento de 20 silano, por lo cual puede obtenerse una película de EVA que tenga excelente fuerza de adhesión. Los ejemplos de agentes de acoplamiento de silano incluyen γ-cloropropilmetoxisilano, viniltrietoxisilano, vinil-tris(βmetoxietoxi)silano, γ-metacriloxipropiltrimetoxisilano, viniltriacetoxisilano, γ-glicidoxipropiltrimetoxisilano, γglicidoxipropiltrietoxisilano, β-(3,4-epoxiciclohexil)etiltrimetoxisilano, viniltriclorosilano, γmercaptopropiltrimetoxisilano, γ-aminopropiltrietoxisilano, y N-β-(aminoetil)-γ-aminopropiltrimetoxisilano. Los agentes
25 de acoplamiento de silano pueden emplearse solos o en combinación de dos o más tipos. Es particularmente preferido el γ-metacriloxipropiltrimetoxisilano.
El contenido de agente de acoplamiento de silano está preferiblemente en el intervalo de 0,1 a 0,7 partes en peso, particularmente en el intervalo de 0,15 a 0,65 partes en peso, en base a 100 partes en peso del copolímero de etileno-acetato de vinilo.
30 [Otros]
La película sellante de la invención además puede contener, si fuese necesario, diversos aditivos tales como plastificantes, compuestos que contienen grupo acriloxi, y/o compuestos que contienen grupo metacriloxi distintos al Compuesto I de la invención, y/o compuestos que contienen grupo epoxi, para mejorar o ajustar las diversas propiedades de la película resultante (por ejemplo, resistencia mecánica, características ópticas tales como
35 transparencia, resistencia térmica, resistencia a la luz, o velocidad de reticulación, etc.).
Aunque se puede usar cualquier plastificante sin restricción, por lo general se usa éster de ácido polibásico y éster de alcohol polivalente. Los ejemplos de plastificantes incluyen ftalato de dioctilo, adipato de dihexilo, butirato de trietilenglicol-di-2-etilo, sebacato de butilo, diheptanoato de tetraetilenglicol y dipelargonato de trietilenglicol. Los plastificantes pueden usarse solos o en combinación de dos o más tipos. El plastificante está presente
40 preferiblemente en una cantidad no mayor que 5 partes en peso, en base a 100 partes en peso de copolímero de etileno-acetato de vinilo.
Los ejemplos de compuestos que contienen un grupo acriloxi y compuestos que contienen un grupo metacriloxi incluyen generalmente derivados de ácido acrílico o ácido metacrílico, tales como ésteres y amidas de ácido acrílico
o ácido metacrílico. Ejemplos del residuo éster incluyen grupos alquilo lineales (por ejemplo, metilo, etilo, dodecilo,
45 estearilo y laurilo), un grupo ciclohexilo, un grupo tetrahidrofurfurilo, un grupo aminoetilo, un grupo 2-hidroxietilo, un grupo 3-hidroxipropilo, un grupo 3-cloro-2-hidroxipropilo. Ejemplo de la amida incluye diacetona acrilamida. Además, los ejemplos de ésteres incluyen ésteres de ácido acrílico o ácido metacrílico con alcoholes polihídricos tales como etilenglicol, trietilenglicol, polipropilenglicol, polietilenglicol, trimetilolpropano o pentaeritritol.
Los ejemplos de los compuestos que contienen un grupo epoxi incluyen tris(2-hidroxietil)isocianurato de triglicidilo,
50 diglicidil éter de neopentilglicol, diglicidil éter de 1,6-hexanodiol, glicidil éter de alilo, glicidil éter de 2-etilhexilo, glicidil éter de fenilo, glicidil éter de fenol(etilenoxi)5, glicidil éter de p-terc-butilfenilo, adipato de diglicidilo, ftalato de diglicidilo, metacrilato de glicidilo y butil glicidil éter.
El contenido de los compuestos que contienen grupo acriloxi, de los compuestos que contienen grupo metacriloxi y de los compuestos que contienen grupo epoxi están cada uno en el intervalo de 0,5 a 5,0 partes en peso, en
5
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20
25
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50
55
especial en el intervalo de 1,0 a 4,0 partes en peso, en base a 100 partes en peso de copolímero de etileno-acetato de vinilo.
Adicionalmente, la película sellante de célula solar de la presente invención puede contener adicionalmente un absorbente de ultravioleta, fotoestabilizante ylo antioxidante. El uso de absorbente de ultravioleta suprime el deterioro del copolímero de etileno-acetato de vinilo debido a la irradiacion de luz y por lo cual se produce un amarilleamiento de la película sellante de célula solar. Los ejemplos de absorbente de ultravioleta, aunque no se restringen particularmente, incluyen preferiblemente los absorbentes de ultravioleta de tipo benzofenona tales como 2-hidroxi-4-metoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-n-dodeciloxibenzofenona, 2,4-dihidroxibenzofenona, 2,2'-dihidroxi-4metoxibenzofenona y 2-hidroxi-4-n-octoxibenzofenona. Además, el contenido de absorbente de ultravioleta de tipo benzofenona esta preferiblemente en el intervalo de 0,01 a 5 partes en peso, en base a 100 partes en peso de copolímero de etileno-acetato de vinilo.
El uso del fotoestabilizante también suprime el deterioro del copolímero de etileno-acetato de vinilo debido a la irradiacion de luz y por lo cual se produce un amarilleamiento de la película sellante de célula solar. Como fotoestabilizante, se puede usar preferiblemente uno denominado fotoestabilizante de amina impedida. Los ejemplos de fotoestabilizantes incluyen LA-52, LA-57, LA-62, LA-63, LA-63p, LA-67 y LA-68 (cada uno fabricado por ADEKA Co., Ltd.), Tinuvin 744, Tinuvin 770, Tinuvin 765, Tinuvin 144, Tinuvin 622LD y CHIMASSORB 944LD (cada uno fabricado por Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.) y UV-3034 (fabricado por B. F. Goodrich). Los fotoestabilizantes pueden usarse cada uno individualmente, o en combinación de dos o más tipos. El contenido de fotoestabilizante esta preferiblemente en el intervalo de 0,01 a 5 partes en peso, en base a 100 partes en peso de copolímero de etileno-acetato de vinilo.
Los ejemplos de los antioxidantes incluyen antioxidantes de tipo fenol impedidos tales como N,N’-hexan-1,6-diilbis[3-(3,5-di-terc-butil-4-hidroxifenil)propionamida], estabilizadores térmicos de tipo fosforoso, estabilizadores térmicos de tipo lactona, estabilizadores térmicos de tipo vitamina E y estabilizadores térmicos de tipo azufre.
La película sellante de célula solar de la invención puede prepararse de acuerdo con procedimientos conocidos hasta la fecha.
Por ejemplo, la película sellante de célula solar se puede preparar moldeando una composición que incluye los materiales anteriormente analizados, en un artículo con forma de lámina mediante moldeo por extrusión o moldeo por calandrado (calandrado). De otro modo, se disuelve la composición en un disolvente, se aplica la disolución así obtenida a un soporte apropiado mediante un revestidor apropiado, y posteriormente se seca la disolución aplicada para formar una película revestida. Por lo tanto, se puede preparar un artículo con forma de lámina. Adicionalmente, la temperatura de calentamiento en la formación de película es preferiblemente una temperatura en la que el reticulador no causa reacción o poca reacción. Por ejemplo, la temperatura está generalmente en el intervalo de 40 a 90°C, particularmente en el intervalo de 50 a 90°C. El grosor de la película sellante de célula solar, aunque no se restringe particularmente, está preferiblemente en el intervalo de 50 µm a 2 mm.
[Célula solar]
La estructura de la célula solar no está particularmente restringida, siempre y cuando se use la película sellante de célula solar de la invención. Los ejemplos de la estructura incluyen una estructura en la que los elementos fotovoltaicos están sellados a través de las películas sellantes de célula solar entre un material de protección del lado frontal transparente y un material de protección del lado posterior. En la invención, “lado frontal” corresponde a un lado del elemento fotovoltaico irradiado por la luz (lado que recibe la luz), mientras que “el lado posterior” corresponde al lado opuesto del lado que recibe la luz de los elementos fotovoltaicos.
Con el fin de sellar suficientemente los elementos fotovoltaicos en la célula solar, por ejemplo, se pueden estratificar en este orden un material de protección del lado frontal transparente 11, una película sellante del lado frontal 13A, elementos fotovoltaicos 14, una película sellante del lado posterior 13B y material de protección del lado posterior 12, como se muestra en la Fig. 1. Posteriormente, la película sellante se puede reticular o curar de acuerdo con un procedimiento convencional tal como la aplicación de calor y presión.
Por ejemplo, el estratificado puede unirse bajo la aplicación de calor y presión, usando un estratificador de vacío en las condiciones de temperatura de 135 a 180°C. preferiblemente de 140 a 180°C, en especial de 155 a 180°C, un período de tiempo de desgasificación de 0,1 a 5 minutos, una presión de prensado de 0,1 a 1,5 kg/cm2 y un período de tiempo de prensado de 0,1 a 5 minutos. Esta aplicación de calor y presión permite la reticulación del copolímero de etileno-acetato de vinilo presente en la película sellante del lado frontal 13A y en la película sellante del lado posterior 13B, por lo cual los elementos fotovoltaicos 14, el material de protección del lado frontal transparente 11 y el material de protección del lado posterior 12 se combinan a través de la película sellante del lado frontal 13A y la película sellante del lado posterior 13B, para sellar los elementos fotovoltaicos 14.
Además, la película sellante de célula solar de la invención se puede usar no sólo en células solares que usan elementos fotovoltaicos compuestos por cristal de silicio mono o policristalinos, como se muestra en la Fig. 1, sino que también se puede usar en células solares de película fina tal como célula solar de película fina de tipo silicio, célula solar de película fina de tipo silicio amorfo y célula solar de tipo seleniuro de cobre-indio (CIS).
imagen6
presente en el extracto de acetona por cromatografía de gases. En base a la cantidad de ácido acético generada a partir de la película sellante (Ejemplo comparativo 14) que no contenía hidrotalcita ni compuesto de (met)acrilato, una muestra que tenía una cantidad generada de ácido acético menor que 3.500 ppm se consideró como aceptable, y una muestra que tenía una cantidad generada de ácido acético no menor que 3.500 ppm no fue aceptable.
5 (3) Resistividad de volumen
Se cortó la película sellante de célula solar resultante para preparar una muestra con un tamaño de 100mm x 100mm, la cual se unió temporalmente bajo aplicación de presión por medio de un estratificador de vacío a 90ºC, y posteriormente se calentó para reticular la misma, hasta una fracción de gel de 90%.
La resistividad de volumen (LogΩ• cm) de cada una de las muestras resultantes se midió usando un medidor de alta
10 resistividad de volumen (Hiresta UP disponible de Mitsubishi Chemical Corporation) en una atmósfera de 60°C. En base al valor de resistividad de volumen de la película sellante (Ejemplo comparativo 14) que no contenía hidrotalcita ni compuesto de (met)acrilato, una muestra que tenía un valor de resistividad de volumen no menor que 13,00 se consideró como aceptable, y una muestra que tenía un valor de resistividad de volumen menor que 13,00 no fue aceptable.
15 (4) Valor de turbidez
Se estratificaron en este orden, una placa de vidrio (grosor; 3 mm), cada película sellante de célula solar resultante y una placa de vidrio (grosor; 3 mm). El estratificado se reticuló de la misma manera que la mencionada en el parámetro (2). El valor de turbidez (%) del estratificado se midió según JIS-K-7136 (2000) usando un medidor de turbidez (NDH-2000, fabricado por NIPPON DENSHOKU INDUSTRIES Co.,Ltd.).
20 (5) Criterio de decisión
O: todos los parámetros de (1) a (3) se evaluaron como aceptación.
Δ : solo la evaluación del parámetro (1) fue x, y otros parámetros se evaluaron como aceptación.
X: las muestras no satisfacen la evaluación anteriormente mencionada.
Además, el parámetro (4) se usó como un indicador para designar las composiciones preferidas.
25
imagen7
imagen8
[Resultados de la evaluación]
La resistividad de volumen de cada una de las muestras resultantes se muestra en la Tabla 1 y Tabla 2. Se evaluaron las películas sellantes de célula solar que contenían de 0,1 a 6,0 partes en peso de hidrotalcita y de 0,1 a 2,0 partes en peso de compuestos de (met)acrilato representados por la formula (I) en donde R1 y R3 son CH3, R2 es 5 H, y n es 9 o 14 (Compuesto I), que se describen en los ejemplos 1-12. Como resultado, las películas de todos los ejemplos 1-12 se consideran como aceptación con respecto a las evaluaciones de resistividad de volumen y la cantidad generada de ácido acético. Sin embargo, las películas sellantes de célula solar que contienen el Compuesto I en una cantidad de 1,5 partes en peso y 2,0 partes en peso (Ejemplos 5 y 6) muestran una mala propiedad de calandrado. Por lo tanto, el contenido del Compuesto I está más preferiblemente en el intervalo de 0,1
10 a 1,0 partes en peso, en base a 100 partes en peso de EVA. Asimismo, la película que contiene hidrotalcita en una cantidad de 6,0 partes en peso (Ejemplo 12) muestra un valor de turbidez superior a 10% y una transparencia reducida. Así que el contenido en la hidrotalcita está más preferiblemente en el intervalo of 0,1 a 1,5 partes en peso, en base a 100 partes en peso de EVA.
En cambio, las películas que no contienen hidrotalcita (ejemplos comparativos 1 y 2), y la película que no contiene
15 hidrotalcita ni compuesto de (met)acrilato (Ejemplo comparativo 14) no se consideran como aceptación con respecto a las evaluaciones de la cantidad generada de ácido acético. Además, la películas que no contienen compuesto de (met)acrilato (ejemplos comparativos de 10 a 13) muestran una resistividad de volumen extremadamente reducida. En lo que se refiere a la resistividad de volumen, las diferencias entre el Ejemplo comparativo 10 y los ejemplos 1 y 2 son mayores que las existentes entre el Ejemplo comparativo 14 y los ejemplos comparativos 1 y 2, y de ahí que se
20 perciba que la película sellante que contiene hidrotalcita tiene una resistividad de volumen notablemente mejorada.
Incluso si un compuesto de (met)acrilato está presente en una película sellante, la películas que contienen compuesto de (met)acrilato en donde n (índice de grupo etilenoxi) es 3 (ejemplos comparativos 3 y 4), las películas que contienen compuesto de (met)acrilato que no tienen grupo etilenoxi (ejemplo comparativos 5 a 7), y las películas que contienen compuestos de (met)acrilato que tienen grupo acriloilo únicamente en un extremo (ejemplos
25 comparativos 8 y 9) no se consideran como aceptación, con respecto a las evaluaciones de la resistividad de volumen y de ahí que no muestren el efecto de suprimir la disminución de una propiedad de aislamiento eléctrico.
Los resultados anteriormente mencionados revelan que el uso de la hidrotalcita y el compuesto de (met)acrilato de la Fórmula (I) evita la aparición de ácido acético en un ambiente de alta temperatura y humedad, y suprime la disminución de una propiedad de aislamiento eléctrico.
30 La presente invención no está restringida en cuanto a la constitución de las realizaciones y de los ejemplos como se mencionó previamente y por lo tanto, se pueden variar ampliamente dentro de la esencia de la invención.
Aplicabilidad industrial
La presente invención hace posible proporcionar una célula colar con una durabilidad mejorada en un ambiente de alta temperatura y humedad, y un aumento de la eficacia de la generación de energía.
35 Descripción de los números de referencia
11 Material de protección del lado frontal transparente
12 Material de protección del lado posterior
13A Película sellante del lado frontal
13B Película sellante del lado posterior
40 14 Elementos fotovoltaicos

Claims (1)

  1. imagen1
ES11744530.4T 2010-02-18 2011-02-04 Película sellante para módulos fotovoltaicos y módulos fotovoltaicos que usan la misma Active ES2587593T3 (es)

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JP2010033204 2010-02-18
JP2010033204 2010-02-18
PCT/JP2011/052355 WO2011102242A1 (ja) 2010-02-18 2011-02-04 太陽電池用封止膜及びこれを用いた太陽電池

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