ES2634023T3 - Dispositivos electrónicos que comprenden dos películas encapsulantes - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo electrónico que comprende una primera película de encapsulación en contacto directo con una película de recepción y de transmisión de la luz y una segunda película de encapsulación en contacto directo con una lámina trasera, teniendo la primera película de encapsulación una viscosidad de cizalla cero mayor que la de la segunda película de encapsulación.
Description
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como etileno norborneno, poliestireno catalizado con metaloceno, tereftalato de polietileno, naftalato de polietileno, fluoropolímeros tales como etileno–tetrafluoroetileno (ETFE, por sus siglas en inglés), fluoruro de polivinilo (PVF, por sus siglas en inglés), fluoroetileno-propileno (FEP, por sus siglas en inglés), etileno-clorotrifluoroetileno (ECTFE, por sus siglas en inglés) y fluoruro de polivinilideno (PVDF, por sus siglas en inglés).
Se conocen varios métodos en la técnica para fabricar una estructura laminada. Generalmente, una estructura laminada de cualquiera de las realizaciones anteriores se prepara (1) colocando la película (por ejemplo, una monocapa de la composición de la resina injertada o una película multicapa que incluye la composición de la resina injertada) y al menos otra película (por ejemplo, vidrio) de modo que una superficie facial de la película que contiene el interpolímero que contiene silano está en contacto indirecto con una superficie facial de la otra película, (2) laminando y adhiriendo la primera y segunda películas a una temperatura de laminación, y, opcionalmente, (3) reticulando el interpolímero que contiene silano. En algunas realizaciones, la reticulación y la laminación y adherencia de las capas pueden ocurrir en el orden inverso o simultáneamente.
Las películas de una estructura laminada se pueden aplicar entre sí de cualquier manera adecuada conocida en la técnica, incluyendo, pero sin limitarse a, laminación a vacío, extrusión, calandrado, colada en disolución y moldeo por inyección.
Preferiblemente, las películas de las realizaciones descritas anteriormente se pueden usar para crear una estructura laminada que es un dispositivo o módulo electrónico. Más preferiblemente, las películas de las realizaciones descritas anteriormente se pueden usar como películas de piel o como películas encapsulantes para construir módulos de dispositivos electrónicos (por ejemplo, células fotovoltaicas o solares) de la misma manera y usando las mismas cantidades que los materiales de piel o encapsulantes conocidos en la técnica.
En un aspecto preferido de la invención, las estructuras PV laminadas comprenden, en secuencia, partiendo de la "película superior" en la que la luz entra en contacto inicialmente: (i) una película de lámina superior o lámina de cubierta que recibe y transmite la luz, que comprende usualmente vidrio, (ii) una película de encapsulación frontal,
(iii) células fotovoltaicas, (iv) una película de encapsulación trasera, y (v) una película de lámina trasera, que comprende usualmente vidrio u otro sustrato de capa trasera de estructura de película de polímero. El número de células fotovoltaicas en un dispositivo electrónico dado variará dependiendo de la naturaleza y del uso del dispositivo.
Una lámina trasera usada en las estructuras PV laminadas es una estructura de múltiples capas que protege la superficie trasera de una estructura de PV. Generalmente, las láminas traseras pueden ser una capa con núcleo de poli(tereftalato de etileno) (PET, por sus siglas en ingles) u otra capa de material que se retraiga durante la laminación.
Tanto la película de encapsulación delantera como la película de encapsulación trasera pueden ser películas como las descritas en la presente memoria. Preferiblemente, una única película de encapsulación, lo más preferiblemente la película de encapsulación trasera, es una película como la descrita en cualquiera de las realizaciones anteriores que comprenden la composición de la resina injertada.
Las películas (i)-(v) de una estructura PV laminada descrita anteriormente están unidas mediante laminación. A través de la laminación, la lámina superior se pone en contacto directo con la película de encapsulación frontal, y la lámina trasera se pone en contacto directo con la película de encapsulación trasera. Las células fotovoltaicas están aseguradas entre, y en contacto directo con, las películas de encapsulación delantera y trasera. Como resultado, porciones de las películas de encapsulación delantera y trasera están en contacto directo entre sí.
Los procedimientos de laminación usados para crear dispositivos electrónicos, y específicamente la estructura PV laminada preferida, requieren una etapa con calentamiento y compresión en condiciones suficientes para crear la adhesión necesaria entre las películas. En general, las temperaturas de laminación dependerán del contenido de polímero específico de las capas. En el extremo inferior, las temperaturas de laminación deben ser al menos aproximadamente 120ºC, preferiblemente al menos aproximadamente 130ºC y, en el extremo superior, menores de
o iguales a aproximadamente 180ºC, preferiblemente menores de o iguales a aproximadamente 170ºC.
Las elevadas temperaturas requeridas para la laminación hacen que se retraigan algunos materiales poliméricos, tales como las películas de encapsulación y la lámina trasera de la estructura PV, dando como resultado el movimiento de las películas entre sí durante la laminación. Normalmente, la lámina trasera es la película con una propensión a la retracción, dando como resultado el movimiento de la película de encapsulación trasera y de las películas subsiguientes. Ese movimiento hace que las células PV se muevan más cerca las unas de otras durante la laminación y que las cintas que conectan las células se doblen o plieguen sobre sí mismas. Las cintas empujan hacia atrás contra la película de encapsulación trasera y la lámina trasera, causando las protuberancias en la lámina trasera.
Sorprendentemente se descubrió que el uso de películas de encapsulación con diferentes valores de viscosidad de cizalla cero y específicamente con una película de encapsulación frontal (en contacto con la película de recepción y de transmisión de la luz) con una viscosidad de cizalla cero mayor que la de una película de encapsulación trasera (en contacto con la lamina trasera), evita la transferencia del movimiento causado por la retracción de la lámina
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trasera en todo el resto de un dispositivo electrónico. Como resultado, un dispositivo electrónico con películas de encapsulación con esta diferencia en las viscosidades de cizalla cero muestra menos protuberancias en la lámina trasera comparada con la lámina trasera de un dispositivo electrónico comparable con películas de encapsulación con iguales viscosidades de cizalla o con una película de encapsulación frontal con una viscosidad de cizalla cero menor que la de la capa de encapsulación trasera.
Preferiblemente, la viscosidad de cizalla cero de la película de encapsulación frontal, que está en contacto directo con la película de recepción/transmisión de la luz, es mayor que la de la segunda película de encapsulación, que está en contacto directo con la lámina trasera. Más preferiblemente, la viscosidad de cizalla cero de la película de encapsulación frontal es de 700-10.000 Pa·s, más preferiblemente de 1.000-8.000 Pa·s, y lo más preferiblemente de 2.000-6.000 Pa·s.
En realizaciones preferidas, la película de encapsulación trasera es una película como la descrita en cualquiera de las realizaciones anteriores, con una viscosidad de cizalla cero de 200-2.000 Pa·s, más preferiblemente de 400-900 Pa·s, aún más preferiblemente 500-900 Pa·s y más preferiblemente de 600-800 Pa·s. En otras realizaciones, la película de encapsulación trasera puede ser cualquier material adecuado para su uso como encapsulante y con una viscosidad menor que la de la película de encapsulación frontal.
La viscosidad de cizalla cero de las películas de encapsulación delantera y trasera debe estar separada por lo menos 100 Pa·s. A medida que la diferencia entre la viscosidad de cizalla cero de la película de encapsulación delantera y la película de encapsulación trasera se hace inferior a 100 Pa·s, se reduce el efecto beneficioso de la reducción de la formación de protuberancias. Aunque la diferencia en la viscosidad de cizalla cero entre las películas de encapsulación delantera y trasera puede ser de hasta 10.000 Pa·s, hay poco beneficio adicional más allá de una diferencia de 5.000 Pa·s.
Para no quedar limitado por ninguna teoría en particular, se cree que a medida que se retrae la capa de núcleo de PET u otra capa de alta retracción de la lámina trasera, la película de encapsulado trasera no resiste el movimiento de la lámina trasera. También permanece unida a las células solares, pero, debido a que hay menos integridad con la película (es decir, una viscosidad de cizalla más baja), la película no hace que las células se muevan. En otras palabras, cuando la lámina trasera se retrae, la película de encapsulación trasera es más capaz de dispersar la tensión de cizalla causada por la lámina trasera antes de que alcance las células o la película de encapsulación frontal. En efecto, se plantea la hipótesis de que la película de encapsulación trasera de la presente invención actúa como un reductor interno de la tensión. Esto está en contraste con una película de encapsulación trasera de EVA (por sus siglas en inglés) reticulada estándar que bloquearía la tensión causada por la lámina trasera que se retrae.
En otra realización, se proporciona un método para reducir las protuberancias en un dispositivo electrónico. El procedimiento incluye la selección de una primera película encapsulante con una primera viscosidad de cizalla cero y la selección de una segunda película encapsulante con una segunda viscosidad de cizalla cero de tal manera que la primera viscosidad de cizalla cero está dentro de 700 a 10.000 Pa·s de la segunda viscosidad de cizalla cero. Estas dos películas encapsulantes se usan a continuación para formar una estructura laminada mediante (1) la colocación de una lámina superior de recepción y de transmisión de la luz en contacto directo con la primera película encapsulante, (2) la colocación de una lámina trasera en contacto directo con la segunda película encapsulante, (3) salvaguardia de al menos una célula fotovoltaica entre y en contacto directo con la primera y segunda películas encapsulantes de tal manera que las porciones de la primera y segunda películas encapsulantes estén en contacto directo entre sí, y (4) la laminación y adhesión de la lámina superior de recepción y de transmisión de la luz, la primera película encapsulante, la segunda película encapsulante y la lámina trasera a una temperatura de laminación. Los interpolímeros que contienen silano de las películas encapsulantes pueden estar también reticulados.
Los siguientes ejemplos son ilustrativos de ciertas realizaciones de la presente invención. Todas las partes y porcentajes se basan en peso salvo que se indique lo contrario.
FORMAS ESPECÍFICAS DE REALIZACIÓN
Materiales
Peróxido Luperox 101: 2,5-bis(terc-butilperoxi)-2,5-dimetilhexano, proporcionado por Arkema Inc.
E/O 1: "E/O 1" es un interpolímero de etileno/octeno con una densidad de 0,870 g/cc y un MI de 5 g/10 min.
E/O 2: "E/O 2" es un interpolímero de etileno/octeno con una densidad de 0,902 g/cc y un MI de 30 g/10 min.
E/O3: "E/O 3" es un interpolímero de etileno/octeno con una densidad de 0,902 g/cc y un MI de 3 g/10 min.
E/O 4: "E/O 4" es un interpolímero de etileno/octeno con una densidad de 0,885 g/cc y un MI de 18 g/10 min.
Mezcla maestra: "Mezcla maestra " es una mezcla maestra con aditivos preparada con un copolímero de etileno/octeno con una densidad de 0,870 g/cc y un MI de 5 g/10 min de resina portadora.
Tabla 1: Formulación de las películas en porcentaje basado en el peso total (% en peso)
- imagen8
- Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejemplo Comparativo 1
- Composición de resina injertada
-
imagen9 imagen10 imagen11
- Vinil trimetoxi silano
- 1,905 1,905 1,905
- Luperox 101 peróxido
- 0,095 0,095 0,095
- E/O 1
- 44,1 16,6 83,3
- E/O 2
-
39,2
21,1
imagen12
- E/O 3
-
imagen13 imagen14 14,7
- E/O 4
-
14,7
60,3
imagen15
- Composición final de la película
-
imagen16 imagen17 imagen18
- Composición de la resina injertada (arriba)
- 65,0 65,0 65,0
- E/O 1
-
imagen19 imagen20 25,0
- E/O 4
-
25,0
25,0
imagen21
- Mezcla maestra
- 10,0 10,0 10,0
Preparación del módulo PV
Se crearon células PV (por sus siglas en inglés) de 156 mm por 156 mm, como las disponibles de Ever Bright Solar,
5 para crear los módulos PV (por sus siglas en inglés) para los Ejemplos 1-2 y el Ejemplo Comparativo 1. Se crearon cadenas de 9 celdas monocristalinas, con las células PV situadas a 3 mm de distancia y conectadas por longitudes de 76,2 milímetros de cinta de contacto, tal como una cinta de contacto de cobre revestida de estaño. En otras realizaciones, también se pueden usar células multicristalinas. Las películas encapsulantes frontales, las películas encapsulantes traseras y las láminas traseras se cortaron a su tamaño en la dirección de la máquina de la película.
10 Para las cadenas de 9 celdas usadas, las películas de encapsulado y las láminas traseras se cortaron a 215,9 mm por 1524 mm. Para las láminas superiores se usó un vidrio de 3 mm, lavado, frotado y secado con una toalla,.
Los módulos PV se ensamblaron por laminación sobre una lámina de Teflón en el siguiente orden: vidrio, película encapsulante frontal (lado grabado hacia el vidrio, aproximadamente 25,4 mm del borde inferior del vidrio), cadena de células PV (boca abajo y centrada en la lámina de encapsulado frontal), película de encapsulación trasera (lado
15 grabado hacia la cadena) y lámina trasera. Los módulos montados se cubrieron con una lámina de teflón.
El conjunto se introdujo en un laminador L200A de P-Energy. La condición de laminación fue de 150ºC con un tiempo de bomba de vacío de 3 minutos y un tiempo de espera de 7 minutos a 1.000 mBar. Las estructuras laminadas se extrajeron del laminador y se enfriaron a temperatura ambiente durante aproximadamente 1 minuto antes de retirar la lámina superior de Teflón.
20 Resultados
Las propiedades eléctricas, ópticas y de adhesión de las formulaciones de la Tabla 1 se proporcionan en la Tabla 2 mostrada a continuación. Como se muestra, las películas de encapsulación de los Ejemplos 1 y 2 tienen una viscosidad de cizalla cero significativamente menor que la del Ejemplo Comparativo 1 mientras que conservan aproximadamente la misma transmisión, turbidez y claridad. Los Ejemplos 1 y 2 también exhiben una excelente
25 adhesión al vidrio comparable a la del Ejemplo Comparativo 1.
Tabla 2: Propiedades eléctricas, ópticas y de adhesión
- imagen22
- Resistividad de volumen (ohmcm) Transmisión ( %) Turbidez ( %) Claridad ( %) Adhesión al vidrio (MPa (lbf/in)) Viscosidad de Cizalla Cero (Pa* s)
- Ejemplo 1
- 2 X 1015 88,8 23,0 99,2 0,75 (109,4) 700
- Ejemplo 2
- 1,6 x 1015 87,7 31,0 99,1 0,69 (100,8) 860
- Comparativo 1
- 4,9 x 1015 87,3 19,7 99,6 0,71 (103,3) 4.065
La resistencia a la tracción de las formulaciones de la Tabla 1 se proporciona en la Tabla 3, mostrada a continuación. El Ejemplo 1 tiene un módulo menor que el Ejemplo Comparativo 1, indicando una mejor elasticidad. El Ejemplo 1 también tiene una deformación más baja en la rotura.
Tabla 3: Resistencia a la tracción para películas de 457 µm de espesor (5,08 cm por minuto (20 pulgadas por minuto), hueco de 5,04 cm (2 pulgadas))
- Películas
- Dirección Espesor (cm(pulgadas)) Deformación por traccióna la rotura (%) Tensión portracción a la rotura MPa (psi) Dureza MPa (psi) Tensión portracción en la fluencia (MPa) Módulo (MPa)
- Ejemplo 1
- MD 0,048 (0,019) 896 10,34 (1.500) 45,22 (6.560) 2,95 1,62
- TD
- 0,048 (0,019) 872 10,20 (1.480) 45,02 (6.530) 2,90 1,67
- Comparativo 1
- MD 0,048 (0,019) 946 10,34 (1.500) 45,09 (6.540) 2,42 1,93
- TD
- 0,048 (0,019) 918 9,58 (1.390) 41,85 (6.070) 2,44 1,80
MD (por sus siglas en inglés): Dirección de la máquina. TD (por sus siglas en inglés): Dirección transversal de la máquina
10 Se ensayaron varias combinaciones de láminas traseras y películas de encapsulación para la formación de protuberancias después de la laminación. La Tabla 4 muestra las combinaciones probadas de la lámina trasera y de película de encapsulación. El número de protuberancias en la lámina trasera se determinó mediante inspección visual.
Los solicitantes sorprendentemente e inesperadamente descubrieron que usando una película de encapsulación
15 trasera con una viscosidad de cizalla menor que la viscosidad de cizalla de la película de encapsulación frontal, se reducía considerablemente la presencia de las protuberancias en la lámina trasera del módulo PV. Los solicitantes descubrieron sorprendentemente que una diferencia de al menos 140 Pa·s o mayor entre las películas encapsulantes delantera y trasera reduce dramáticamente las protuberancias. Diferencias más pequeñas también muestran sorprendentemente una reducción de las protuberancias.
20 Para no quedar limitados por ninguna teoría en particular, los solicitantes creen que a medida que se retrae la capa central (generalmente PET) de la lámina trasera, la película de encapsulado trasera no resiste el movimiento de la lámina trasera. También permanece unida a las células solares, pero, debido a que hay menos integridad con la película (es decir, una viscosidad de corte más baja), la película no hace que las células se muevan. En otras palabras, cuando la lámina trasera se retrae, la película de encapsulación trasera es más capaz de dispersar la
25 tensión de cizalla causada por la lámina trasera antes de que alcance a las células o a la película de encapsulación frontal. En efecto, se plantea la hipótesis de que la película de encapsulación trasera de la presente invención actúa
como un reductor interno de la tensión. Esto está en contraste con una película de encapsulación trasera de EVA reticulada estándar que bloquearía la tensión causada por la lámina trasera que se retrae.
Como se ve en la Tabla 4, el número de protuberancias visibles en la lámina trasera se reduce significativamente y, en algunos casos, se elimina cuando la viscosidad de cizalla cero de la película encapsulante trasera es menor que 5 la de la película encapsulante frontal. La combinación del Ejemplo Comparativo 1 como la película encapsulante frontal y el Ejemplo 1 como la película encapsulante trasera mostraron resultados mejorados sobre la combinación del Ejemplo Comparativo 1 como la película encapsulante frontal y el Ejemplo 2 como la película encapsulante trasera. Los solicitantes creen que este resultado es atribuible a la diferencia aumentada de la viscosidad entre el Ejemplo Comparativo 1 y el Ejemplo 1 (una diferencia de viscosidad de cizalla cero de 3.365) comparada con la del
10 Ejemplo Comparativo 1 y la del Ejemplo 2 (una diferencia de viscosidad de cizalla cero de 3.205).
Tabla 4: Combinaciones de película encapsulante y lámina trasera y formación de protuberancias
- Película Encapsulante Frontal
- C1 C1 C1
- Película encapsulante trasera
- C1 E1 E2
- Lámina trasera
- Número de protuberancias Número de protuberancias Número de protuberancias
- Coveme TS APYE
-
6
0
imagen23
- Protekt HD (Madico)
- 4 0 0
- Dunmore-1360 PPE +
-
1
0
imagen24
- Saiwu Cybrid KPE
-
5
0
imagen25
- Dunmore 1100 PPE + S W
- 4 0 2
- Dunmore 1360 PPE + Ultra Clear
- 0 0 0
- Krempel Akasol PTL 238/250 TPE
- 4 0 1
- Krempel Akalight
- 2 0 4
Como se usa en la tabla anterior, C1 es el Ejemplo Comparativo 1, E1 es el Ejemplo 1 y E2 es el Ejemplo 2.
Los solicitantes también descubrieron sorprendentemente que la retracción por tensión de una lámina trasera dada
15 puede contribuir también a una eficacia de la combinación de película encapsulante dada en la reducción de las protuberancias. Como se ilustra en la Tabla 4, las láminas traseras con mayores valores de retracción por tensión tienden a mostrar más protuberancias, en general. La mejor reducción de las protuberancias se logró cuando la diferencia en la viscosidad de cizalla cero entre la película encapsulante trasera y la película encapsulante frontal era mayor.
20
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imagen1 imagen2
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