FR3143422A1 - Structure multicouche à propriétés adhésives - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une structure multicouche comprenant une couche adhésive et en contact direct avec celle-ci, une couche formant un film support, dans laquelle ladite couche adhésive comprend une polyoléfine A et une polyoléfine fonctionnalisée et présente une température de fusion comprise entre 80°C et 120°C, et dans laquelle ledit film support comprend un polymère greffé polyamide et présente une température d'écoulement supérieure à 160°C. Elle concerne également un procédé pour sa fabrication, l’utilisation d’une telle structure multicouche pour la fabrication de modules photovoltaïques et un procédé de fabrication de tels modules ainsi que ces modules photovoltaïques en tant que tels. Figure pour l’abrégé : néant
Description
L'invention a pour objet une structure multicouche, notamment une structure bicouche, utile notamment à titre d’encapsulant pour des modules photovoltaïques. Elle concerne également les modules photovoltaïques comprenant une telle structure multicouche.
Le réchauffement climatique, lié aux gaz à effet de serre dégagés par les énergies fossiles, renforce encore l’intérêt de solutions énergétiques alternatives qui n'émettent pas de tels gaz lors de leur fonctionnement, comme par exemple les modules photovoltaïques.
Il existe de nombreux types de structure de modules photovoltaïques.
La représente une pile photovoltaïque classique ; une pile photovoltaïque (10) comprend des cellules (12), une cellule contenant un capteur photovoltaïque (14) en contact avec des collecteurs d'électrons (16) placés au-dessus (collecteurs supérieurs) et au-dessous (collecteurs inférieurs) du capteur photovoltaïque. Les collecteurs (16) supérieurs d'une cellule sont reliés aux collecteurs (16) inférieurs d'une autre cellule (12) par des barres conductrices (18), également désignées interconnecteurs électriques, réalisées généralement en alliage de métaux. Dans d’autres modes de réalisation, les interconnecteurs sont situés tous du même côté des cellules. Toutes ces cellules (12) sont connectées entre elles, en série et/ou en parallèle, pour former la pile photovoltaïque (10). Lorsque la pile photovoltaïque (10) est placée sous une source lumineuse, elle délivre un courant électrique continu, qui peut être récupéré aux bornes (19) de la pile (10).
La représente un module photovoltaïque (20) comprenant la pile photovoltaïque (10) de la enrobée d’un encapsulant (22) composé d'une partie supérieure et d'une partie inférieure. La pile encapsulée est par ailleurs protégée par une couche protectrice supérieure (24) (appelée en anglais « frontsheet ») et une couche protectrice au dos du module (appelée en anglais « backsheet ») (26). La couche protectrice supérieure (24), généralement en verre, assure une protection au choc et à l'humidité de la pile photovoltaïque. La couche protectrice au dos du module (26), généralement en résine thermoplastique ou réticulable, contribue également à sa protection vis-à-vis de l'humidité et en outre à l'isolation électrique des cellules en évitant tout contact avec l'environnement extérieur.
Afin d’assurer une protection efficace, il est important que l’encapsulant remplit parfaitement l'espace entre la pile photovoltaïque et les couches protectrices. En outre, son adhésion aux couches protectrices doit être parfaite et durable, y compris à des températures de 80°C ou plus qui peuvent être atteintes sous le rayonnement solaire.
Pour promouvoir l'adhésion, on peut utiliser soit des techniques « chimiques » en prévoyant un liant ou promoteur d'adhésion spécifique, soit des techniques physiques comme un traitement de surface par effet corona ou plasma. Ces méthodes nécessitent toutefois des opérations additionnelles parfois complexes pour un résultat souvent décevant et engendrent un coût non négligeable. De plus, les traitements physiques de surface ne sont pas stables dans le temps et nécessitent de prendre des précautions de stockage et de manipulation.
A l'heure actuelle, pour fabriquer un module photovoltaïque, on assemble simultanément le « frontsheet », l’encapsulant, la pile et le « backsheet », le plus souvent par un procédé de laminage sous vide. L'encapsulant est fondu lors de l'étape de laminage afin d'enrober les couches actives de la pile.
Outre la manipulation de nombreux films, ce procédé d’assemblage par laminage présente des inconvénients liés au retrait du film d'encapsulant qui peut atteindre 10%, voire parfois 50%. Ce retrait peut conduire à des défauts dans le module photovoltaïque tels que des bulles d'air, des plissures, des cloques, des défauts de recouvrement sur les bords ou des ruptures des connecteurs entre cellules. Tous ces défauts sont à l'origine de rebuts ou peuvent diminuer la durée de vie et l’efficacité des modules photovoltaïques.
Pour limiter ces problèmes, le film d’encapsulant peut être réalisé par un procédé d'extrusion suivi d’une étape de post-recuit, mais cela diminue la vitesse d'extrusion et augmente donc son coût.
La demande EP 2 673 809 A1 divulgue un film bicouche composé d’un backsheet et d’un encapsulant permettant de palier du moins à certains de ces problèmes. Toutefois, la mise en œuvre de ces structures bicouche nécessite d’empiler successivement une première couche d’encapsulant, le module photovoltaïque, une seconde couche d’encapsulant et enfin une couche formant le backsheet, comme présenté à la . En plus d’une première couche d’encapsulant de 400 µm d’épaisseur, des structures bicouche de 800 µm d’épaisseur sont ainsi décrites. L’épaisseur importante de ces structures ajoute un poids et un coût notable. Par ailleurs, l’encapsulant n’offre pas d’adhésion suffisante avec le métal pour pouvoir être mis en œuvre dans des procédés comprenant une étape de laminage préalable à la surface des interconnecteurs métalliques.
En outre, ces films bicouche ne peuvent pas être mis en œuvre pour la préparation de modules photovoltaïques présentant certaines configurations géométriques, notamment des connections situées du même côté que les capteurs photovoltaïques, comme ceux décrits par exemple dans la demande WO 2004/021455, et qui requièrent de laminer l’encapsulant directement à la surface des interconnecteurs.
Il existe donc un besoin de disposer des structures multicouche notamment pour modules photovoltaïques permettant de pallier aux inconvénients de l’état de la technique, notamment d’améliorer la productivité des procédés de préparation et la qualité des modules photovoltaïques et qui soient versatiles et donc compatibles avec différentes configurations géométriques et procédés d’assemblage de modules photovoltaïques.
La présente invention entend remédier aux problèmes rencontrés dans l’art antérieur en proposant une structure multicouche, notamment une structure bicouche, comprenant une couche adhésive et un film support.
Dans sa définition la plus large, l’invention vise une structure multicouche comprenant une couche d’adhésive pouvant servir d’encapsulant et un film support pouvant servir de backsheet, caractérisée en ce que la couche adhésive comprend une polyoléfine A et une polyoléfine fonctionnelle et présente un point de fusion spécifique en ce que le film support présente une température d’écoulement spécifique.
En effet, il a été constaté qu’en combinant une polyoléfine A avec une polyoléfine fonctionnelle dans la couche adhésive, il était possible d’obtenir une structure multicouche présentant à la fois une très bonne stabilité thermique et une excellente adhésion avec le métal des interconnecteurs électriques de piles photovoltaïques.
La meilleure adhésion de la structure multicouche aux interconnecteurs présente un double avantage. D’une part, elle permet de faciliter le procédé d’assemblage notamment en évitant les traitements de surface préalables. D’autre part, elle permet d’assurer un contact électrique fiable entre les interconnecteurs et les piles photovoltaïques et confère ainsi aux modules photovoltaïques une meilleure efficacité et une durée de vie prolongée.
Enfin, les structures multicouche de l’invention peuvent être de faible épaisseur, notamment inférieure à 100 µm.
Les structures multicouche selon l’invention permettent ainsi la fabrication de modules photovoltaïques à la fois de meilleure qualité et moins coûteux.
Ainsi, la présente invention concerne Structure multicouche comprenant une couche adhésive et une couche formant un film support en contact direct avec celle-ci, où
(a) ladite couche adhésive comprend :
- une polyoléfine A choisie parmi un homopolymère d’éthylène et un copolymère d’éthylène et d’une α-oléfine, un copolymère d’éthylène et d’un ester vinylique d’acide carboxylique, notamment un acétate de vinyle (EVA) ou un (co)polymère comportant des motifs (méth)acrylate de méthyle, d’éthyle, propyle, n-butyle, sec-butyle, isobutyle ou tert-butyle ; et
- une polyoléfine fonctionnalisée, distincte de la polyoléfine A, comprenant un tronc polyoléfine contenant un reste d’au moins un monomère insaturé (Y), le reste du monomère insaturé (Y) étant fixé sur le tronc par greffage ou copolymérisation ;
la température de fusion de la couche adhésive étant comprise entre 80°C et 120°C,
b) ledit film support comprend un polymère greffé polyamide comprenant :
- un tronc en polyoléfine, représentant de 50% à 95% en masse du polymère greffé polyamide, contenant un reste d'au moins un monomère insaturé (X) et au moins un greffon en polyamide, représentant de 5% à 50% en masse dudit polymère greffé polyamide, dans lequel:
- le greffon en polyamide est attaché au tronc en polyoléfine par le reste du monomère insaturé (X) comprenant une fonction capable de réagir par une réaction de condensation avec un polyamide ayant au moins une extrémité amine et/ou au moins une extrémité acide carboxylique,
- le reste du monomère insaturé (X) est fixé sur le tronc par greffage ou copolymérisation,
- le tronc en polyoléfine et le greffon en polyamide étant choisis pour que ledit polymère greffé polyamide présente une température d'écoulement supérieure à 160°C, telle que mesuré par DSC selon ISO 11357-1:2016, ISO 11357-2:2020, ISO 11357-3:2018, ladite température d'écoulement étant définie comme la température la plus élevée parmi les températures de fusion et les températures de transition vitreuse du greffon polyamide et du tronc en polyoléfine.
D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention sont :
- la température de fusion de ladite couche adhésive est comprise entre 90°C et 110°C.
- ladite couche adhésive a un Melt Flow Index (MFI), tel que mesuré selon la norme ASTP D 1238 à 190°C sous 2,16kg, compris entre 0,2 et 10 g/10 min, de préférence entre 0,4 et 3 g/10 min, et en particulier entre 0,6 et 2 g/10 min.
- ladite couche adhésive comprend :
- de 65% à 95 % en poids de polyoléfine A ;
- de 5 à 35% en poids de polyoléfine fonctionnelle ; et
- de 0 à 5% en poids d’un ou plusieurs additifs.
- l’épaisseur de ladite couche adhésive est comprise entre 20 et 60 µm.
- l’épaisseur dudit film support est comprise entre 5 et 40 µm.
- le comonomère d’α-oléfine de la polyoléfine A de la couche adhésive est choisi parmi l’éthylène-propylène, l’éthylène-butène et l’éthylène-octène.
- la polyoléfine fonctionnelle de la couche adhésive est une polyoléfine contenant un reste d’au moins un monomère insaturé (Y) qui est un anhydride maléique.
- ledit film support a un Melt Flow Index (MFI), tel que mesuré selon la norme ASTP D 1238 à 230°C sous 2,16kg compris entre 0,2 et 10 g/10 min, de préférence entre 0,4 et 3 g/10 min, en particulier entre 0,6 et 2 g/10 min.
- ledit film support porte ladite couche adhésive sur une de ses faces.
- ledit film support porte ladite couche adhésive sur ses deux faces.
- ledit film support est assemblé à ladite couche adhésive par coextrusion.
Selon un autre aspect, l’invention vise l’utilisation d’une telle structure multicouche pour la fabrication de modules photovoltaiques.
Selon encore un autre aspect, l’invention vise un procédé de préparation d’un module photovoltaïque, dans lequel une pile photovoltaïque est encapsulée avec une telle structure multicouche.
Dans ce procédé, l’encapsulation peut comporter les étapes de :
- fixation d’un filament conducteur électrique à la surface de ladite couche adhésive d’une telle structure multicouche à une température inférieure à la température de fusion de ladite couche adhésive pour former un assemblage ;
- mise en contact dudit assemblage avec une pile photovoltaïque à une température comprise entre la température de fusion de la couche adhésive et la température d’écoulement du film support.
Selon un dernier aspect enfin, l’invention vise un module photovoltaïque comprenant une telle structure multicouche.
La description qui va suivre est donnée uniquement à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures annexées, dans lesquelles :
- la
- la
Ainsi, selon un premier aspect, l’invention concerne une structure multicouche, notamment en tant qu’encapsulant pour cellule photovoltaïque, comprenant une couche adhésive et une couche formant un film support contact direct avec celle-ci, où la couche adhésive comprend une polyoléfine A et une polyoléfine fonctionnalisée, la température de fusion de la couche adhésive étant comprise entre 80°C et 120°C, et dans laquelle le film support comprend un polymère greffé polyamide spécifique présentant une température d'écoulement supérieure à 160°C, telle que mesuré par DSC selon ISO 11357-1:2016, ISO 11357-2:2020, ISO 11357-3:2018, la température d'écoulement étant définie comme la température la plus élevée parmi les températures de fusion et les températures de transition vitreuse du greffon polyamide et du tronc en polyoléfine.
Selon l’invention, la couche adhésive de la structure multicouche est directement en contact avec le film support.
En l’absence de couches additionnelles, la structure multicouche peut former une structure bicouche. Néanmoins, elle peut également comporter d’autres couches, en principe quelconques. Selon un mode de réalisation préféré, la structure multicouche peut être une structure tricouche, et notamment comporter un film support muni d’une couche adhésive telle que définie ci-après sur ses deux faces.
Selon l’invention, la couche adhésive de la structure multicouche comporte une polyoléfine A spécifique et une polyoléfine fonctionnelle distincte, la température de fusion de la couche adhésive étant comprise entre 80°C et 120°C. Les polyoléfines vont être décrites plus en détail ci-après.
La polyoléfine A présente dans la couche adhésive peut être un homopolymère d’éthylène ou un copolymère d’éthylène avec un comonomère choisi parmi une α-oléfine, un (méth)acrylate d’alkyle ou un ester vinylique d’acide carboxylique, notamment un acétate de vinyle. Dans le copolymère, l’α-oléfine peut comporter 3 à 30, notamment 3 à 8 atomes de carbone. A titre d'α-oléfine, on peut citer le propylène, 1-butène, 1-pentène, 3-méthyl-1-butène, 1-hexène, 4-méthyl-1-pentène, 3-méthyl-1-pentène, 1-octène, 1-décène, 1-dodécène, 1-tétradécène, 1-hexadécène, 1-octadécène, 1-eicocène, 1-dococène, 1-tétracocène, 1-hexacocène, 1-octacocène, et 1-triacontène. Ces α-oléfines peuvent être utilisées seules ou en mélange de deux ou de plus que deux.
De préférence, les copolymères d’éthylènes-α-oléfines comprennent un taux massique d'éthylène supérieur à 50%.
Les copolymères d’éthylène-α-oléfine sont obtenus par des procédés connus de l'homme du métier, tels que la polymérisation Ziegler-Natta, métallocène ou organométallique décrite par exemple dans WO 2008/036707.
Particulièrement préféré comme polyoléfine A est un polyéthylène, notamment de basse densité linéaire (PEBDL), ou un copolymère d’éthylène avec une seule α-oléfine, choisie parmi l’éthylène-propylène, l’éthylène-butène et l’éthylène octène.
Selon un autre mode de réalisation, la polyoléfine A est un copolymère d’éthylène et de (méth)acrylate d'alkyle, le terme (méth)acrylate d'alkyle regroupant les acrylates d'alkyle ou les méthacrylates. Les chaînes alkyles de ces (méth)acrylates peuvent avoir jusqu'à 30 atomes de carbone. On peut citer comme chaînes alkyles le méthyle, l'éthyle, le propyl, n-butyl, sec-butyl, lsobutyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, 2-ethylhexyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl, octadecyl, nonadecyl, eicosyl, hencosyl, docosyl, tricosyl, tetracosyl, pentacosyl, hexacosyl, heptacosyl, octacosyl, nonacosyl. On préfère les (méth)acrylates de méthyle, éthyle et butyle.
Les copolymères éthylène-(méth)acrylates d'alkyles sont obtenus classiquement par des procédés connus de l'homme du métier, tels que par exemple le procédé haute pression autoclave ou tubulaire.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la polyoléfine A est un copolymère d’éthylène et d’acétate de vinyle (EVA).
De préférence, la polyoléfine A a une température de fusion comprise entre 90°C et 110°C, et en particulier entre 90°C et 105°C.
Selon un mode de réalisation, l’enthalpie de fusion de la polyoléfine A est inférieure à 130 J/g, et notamment comprise entre 80 et 120 J/g (2èmechauffe de DSC selon ISO 11347 à 40°C/min).
La densité de la polyoléfine A, mesurée selon la norme ASTM D 1505, est de préférence de 0,860 à 0,960, en particulier de 0,860 à 0,920.
En effet, sans vouloir se limiter à une théorie particulière, la demanderesse a pu observer qu’une faible enthalpie de fusion, comprise dans l’intervalle mentionné ci-dessus, traduisant un taux de cristallinité faible, permettait d’influer favorablement sur l’adhésion de la couche adhésive sur le métal.
Par le terme de « polyoléfine fonctionnelle », on entend au sens de la présente description, une polyoléfine distincte de la polyoléfine A présente dans la couche d’adhésive et comprenant des fonctions réactives, et susceptibles de réagir au contact d’une surface métallique.
De telles fonctions réactives sont notamment les fonctions époxyde, acide carboxylique, anhydride d’acide carboxylique, amide d’acide carboxylique et ester d’acide carboxylique.
La polyoléfine fonctionnalisée présente dans la couche adhésive comprend un tronc polyoléfine contenant un reste d’au moins un monomère insaturé (Y) choisi parmi un époxyde insaturé, un anhydride d’acide carboxylique insaturé, un acide carboxylique insaturé, ou un sel de celui-ci, le reste du monomère insaturé (Y) étant fixé sur le tronc par greffage ou copolymérisation.
Ces fonctions favorisent l’interaction avec la surface métallique au contact avec les interconnecteurs électriques, ce qui permet d’améliorer l’adhésion entre la structure multicouche et les interconnecteurs électriques.
Les polyoléfines fonctionnelles peuvent notamment dériver de monomères tels que l’acide meth(acrylique), le (meth)acrylamide ou l’acétate de vinyle.
Selon un mode de réalisation, le tronc polyoléfine de la polyoléfine fonctionnelle est un tronc polyéthylène, notamment un homopolymère ou un copolymère d’éthylène.
Le monomère insaturé (Y) peut être un époxyde insaturé, notamment choisis parmi les esters et éthers de glycidyle aliphatiques tels que l'allylglycidyléther, le vinylglycidyléther, le maléate et l'itaconate de glycidyle, l'acrylate et le méthacrylate de glycidyle ; les esters et éthers de glycidyle alicycliques tels que le 2-cyclohexène-1-glycidyléther, le cyclohexène-4,5-diglycidylcarboxylate, le cyclohexène-4-glycidyl carboxylate, le 5-norbornène-2-méthyl-2-glycidyl carboxylate et l'endocis-bicyclo(2,2,1)-5-heptène-2,3-diglycidyl dicarboxylate, le méthacrylate de glycidyle étant préféré.
En variante, le monomère insaturé (Y) peut être un acide carboxylique insaturé ou un de ses sels, notamment l'acide acrylique ou l'acide méthacrylique et leurs sels.
En variante, le monomère insaturé (Y) peut être un ester d’acide carboxylique insaturé, notamment un (meth)acrylate d’alkyle, le terme (méth)acrylate d'alkyle regroupant les acrylates d'alkyle ou les méthacrylates. Les chaînes alkyles de ces (méth)acrylates peuvent avoir jusqu'à 30, notamment jusqu’à 24 atomes de carbone. On peut citer comme chaînes alkyles le méthyle, l'éthyle, le propyl, n-butyl, sec-butyl, lsobutyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, 2-ethylhexyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl, octadecyl, nonadecyl, eicosyl, hencosyl, docosyl, tricosyl, tetracosyl, pentacosyl, hexacosyl, heptacosyl, octacosyl, et nonacosyl, en particulier les (méth)acrylates de méthyle, d’éthyle et de butyle.
En variante, le monomère insaturé (Y) peut être un anhydride d'acide carboxylique, notamment choisi parmi les anhydrides maléique, itaconique, citraconique, allylsuccinique, cyclohex-4-ène-1,2-dicarboxylique, 4-méthylènecyclohex-4-ène-1,2-dicarboxylique, bicyclo(2,2,1)hept-5-ène-2,3-dicarboxylique, et x-méthylbicyclo(2,2,1)hept-5-ène-2,2-dicarboxylique. Parmi ceux-ci, l'anhydride maléique est préféré.
Le monomère insaturé (Y) peut aussi être un ester vinylique d’acide carboxylique, notamment un acétate de vinyle.
En variante, le monomère insaturé (Y) peut aussi un (meth)acrylamide, choisi parmi l’acrylamide et la methacrylamide.
Le monomère insaturé (Y) dans la polyoléfine fonctionnelle est fixé par greffage ou copolymérisation.
De préférence, la polyoléfine fonctionnelle ne comprend pas de greffon polyamide.
De préférence, la polyoléfine fonctionnelle est un copolymère d’éthylène contenant un reste d’anhydride d’acide carboxylique insaturé, notamment d’anhydride maléique.
Le copolymère d’éthylène peut être un copolymère d’éthylène et d’un comonomère choisi parmi les esters d'acides carboxyliques insaturés tels que par exemple les acrylates d'alkyle ou les méthacrylates d'alkyle regroupés sous le terme (méth)acrylates d'alkyles tels que précisés ci-dessus.
Les copolymères d’ethylène et d’esters d'acides carboxyliques insaturés peuvent être obtenus par des procédés connus de l'homme du métier, tels que par exemple le procédé haute pression autoclave ou tubulaire.
Selon un mode de réalisation préféré, la polyoléfine fonctionnelle est un terpolymère d’éthylène-(méth)acrylate d’alkyle-anhydride maléique.
Selon un mode de réalisation, la couche adhésive comprend au moins 65 % en poids d’une polyoléfine A telle que définie plus haut.
Selon un autre mode de réalisation, la couche adhésive comprend au moins 5 % en poids d’une polyoléfine fonctionnelle.
Selon un mode de réalisation préféré, la couche adhésive comprend :
- de 65% à 95 % en poids d’une polyoléfine A telle que définie plus haut;
- de 5 à 30% en poids d’une polyoléfine fonctionnelle ;ainsi que
- de 0 à 5% en poids d’additifs, notamment choisis parmi les plastifiants, les promoteurs d’adhésion, les stabilisants UV, les absorbeurs d’UV, les antioxydants, et les pigments.
Des plastifiants pourront être ajoutés à la couche adhésive afin de faciliter la mise en œuvre et améliorer la productivité du procédé de fabrication des structures multicouche et/ou des modules photovoltaïques. On citera comme exemples les huiles minérales paraffiniques aromatiques ou naphtaléniques qui permettent également d'améliorer le pouvoir d'adhérence des structures selon l'invention. On peut également citer comme plastifiant les phtalates, azelates, adipates, le phosphate de ticrésyle.
On pourra également ajouter des composés colorants ou azurants.
De la même manière, des promoteurs d'adhésion, bien que non nécessaires, peuvent être avantageusement ajoutés afin d'améliorer encore le pouvoir d'adhérence de la structure. Le promoteur d'adhésion est un ingrédient non polymérique ; il peut être organique, cristallin, minéral et plus préférentiellement semi-minéral semi-organique. Parmi ceux-ci, on peut citer les titanates ou les silanes organiques, comme par exemple les monoalkyl titanates, les trichlorosilanes et les trialcoxysilane. Avantageusement, on utilisera les trialcooxysilanes contenant un groupement époxy, vinyle ou amine, en particulier lorsque ces promoteurs d'adhésion sont ajoutés sous forme de mélange maître. On pourra également prévoir que ces promoteurs d'adhésion soient dilués ou mélangés avec la polyoléfine fonctionnelle ou non fonctionnelle de la couche adhésive par une technique bien connue de l'homme du métier, par exemple le compoundage.
Le rayonnement UV étant susceptible d'entraîner un léger jaunissement de la couche adhésive, des stabilisants UV et des absorbeurs UV tels que le benzotriazole, la benzophénone et les autres amines encombrés peuvent être ajoutés dans la couche adhésive et/ou dans le film support afin de prolonger la transparence de la structure multicouche et donc sa durée de vie.
La couche adhésive peut par ailleurs comprendre 0 à 5% en poids, notamment 0,1 à 4,5%, en particulier 0,5 à 4%, et tout particulièrement 1 à 3% en poids d’un ou plusieurs parmi ces additifs, par rapport au poids total de la composition.
La couche adhésive peut par ailleurs comprendre un ou plusieurs anti-oxydants pour limiter le jaunissement lors de la fabrication de la couche adhésive. Des anti-oxydants préférés sont par exemple les composés phosphorés (phosphonites et/ou phosphites) et les phénoliques encombrés.
La couche adhésive peut notamment comprendre 0 à 3% en poids, notamment 0,1 à 2,5%, en particulier 0,5 à 2%, et tout particulièrement 1 à 1,5% en poids d’un ou plusieurs anti-oxydants par rapport au poids total de la composition.
On peut également ajouter à la couche adhésive, des pigments comme par exemple des composés colorants ou azurants dans des proportions allant généralement de 0,01 à 2% par rapport à la masse totale de la composition.
Selon un mode de réalisation, l’épaisseur de la couche adhésive est comprise entre 20 et 60 µm.
La température de fusion de la couche adhésive est de préférence comprise entre 80 et 110°C, de préférence entre 90°C et 100°C.
En effet, les inventeurs ont pu observer que si la température de fusion est plus faible, la structure multicouche peut être difficile à manipuler, notamment lors de l’étape de coextrusion avec le film support et/ou lors de son usage ultérieur, notamment lors de l’étape de laminage à la surface des filaments. A l’inverse, une température de fusion supérieure à 120°C s’accompagne généralement d’un taux de cristallinité plus élevé qui peut réduire l’adhésion sur les filaments métalliques.
Selon un mode de réalisation, la couche adhésive a un indice de fluidité à chaud ou Melt Flow Index (MFI) compris entre 0,2 et 10 g/10 min, de préférence entre 0,4 et 3 g/10 min, et plus préférentiellement entre 0,6 et 2 g/10 min, mesuré selon la norme ASTM D1238 à 190°C/2,16kg.
Le film support comprend un polymère greffé polyamide comprenant un tronc en polyoléfine contenant un reste d'au moins un monomère insaturé (X) et au moins un greffon en polyamide, le greffon en polyamide étant attaché au tronc en polyoléfine par le reste du monomère insaturé (X) comprenant une fonction capable de réagir par une réaction de condensation avec un polyamide, le tronc en polyoléfine et le greffon en polyamide étant choisis pour que ledit polymère greffé polyamide présente une température d'écoulement supérieure à 160°C.
La température d'écoulement du polymère greffé polyamide est définie comme la température la plus élevée parmi les températures de fusion et les températures de transition vitreuse des greffons polyamides et du tronc polyoléfine. Le tronc et les greffons sont choisis pour que la température d'écoulement du polymère greffé polyamide soit supérieure à 160°C.
Le polymère greffé polyamide comporte 50 à 95%, de préférence 60 à 90% et en particulier 70 à 85% en masse d’un tronc en polyoléfine contenant un reste d’au moins un monomère insaturé (X).
S'agissant du tronc polyoléfine, c'est de préférence un polymère comprenant comme monomère une α-oléfine, notamment comportant 2 à 30 atomes de carbone.
A titre d'α-oléfine, on peut citer l'éthylène, le propylène, 1-butène, 1-pentène, 3-méthyl-1-butène, 1-hexène, 4-méthyl-1-pentène, 3-méthyl-1-pentène, 1-octène, 1-décène, 1-dodécène, 1-tétradécène, 1-hexadécène, 1-octadécène, 1-eicocène, 1-dococène, 1-tétracocène, 1-hexacocène, 1-octacocène, et 1-triacontène.
On peut également citer les cyclo-oléfines ayant 3 à 30, notamment 3 à 20 atomes de carbone, tels que le cyclopentane, le cycloheptène, le norbornène, le 5-méthyl-2-norbomène, le tétracyclododécène, et le 2-méthyl-1,4,5,8-diméthano-1,2,3,4,4a,5,8,8a-octahydronaphthalène ; les di et polyoléfines, telles que la butadiène, l'isoprène, le 4-méthyl-1,3-pentadiène, le 1,4-pentadiène, 1,5-hexadiène, 1,3-hexadiène, 1,3-octadiène, 1,4-octadiène, 1,5-octadiène, 1,6-octadiène, l'éthylidènenorbomène, le vinyle norbornène, le dicyclopentadiène, le 7-méthyl-1,6-octadiène, le 4-éthylidiène-8-méthyl-I,7-nonadiène, et le 5,9-diméthyl-1,4,8-décatriène; les composés vinyliques aromatiques tels que le mono- ou poly alkylstyrènes (comprenant le styrène, o-méthylstyrène, m-méthylstyrène, p-méthylstyrène, o,p-diméthylstyrène, o-éthylstyrène, m-éthylstyrène et p-éthylstyrène), et les dérivés comprenant des groupes fonctionnels tels que le méthoxystyrène, l'éthoxystyrène, l'acide benzoïque vinylique, le benzoate de méthyle vinyle, l'acétate de benzyle vinyle, l'hydroxystyrène, l'o-chlorostyrène, le p-chlorostyrène, le di-vinyle benzène, le 3-phénylpropène, le 4-phénylpropène, le a-méthylstyrène, le vinyle chloride, le 1,2-difluoroéthylène, le 1,2-dichloroéthylène, le tétrafluoroéthylène, et le 3,3,3-trifluoro-1-propène, le propylène et l'éthylène étant préférés.
La polyoléfine peut-être un homopolymère lorsqu'une seule α-oléfine est polymérisée. On peut citer comme exemples le polyéthylène (PE) ou le polypropylène (PP). Il peut aussi s’agir d’un copolymère lorsqu'au moins deux comonomères sont copolymérisés dans la chaîne polymère, le premier des au moins deux monomères étant une α-oléfine et les autres comonomères un monomère capable de polymériser avec le premier monomère.
A titre d’autres comonomères, on peut citer :
- une des α-oléfines déjà mentionnées ci-dessus, différente du premier comonomère α-oléfine ;
- les diènes tels que par exemple le 1,4-hexadiène, l'éthylidène, le norbornène, le butadiène ;
- les esters d'acides carboxyliques insaturés tels que les acrylates d'alkyle ou les méthacrylates d'alkyle regroupés sous le terme (méth)acrylates d'alkyles. Les chaînes alkyles de ces (méth)acrylates peuvent avoir jusqu'à 30 atomes de carbone. On peut citer comme chaînes alkyles le méthyle, l'éthyle, le propyl, n-butyl, sec-butyl, lsobutyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, 2-ethylhexyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl, octadecyl, nonadecyl, eicosyl, hencosyl, docosyl, tricosyl, tetracosyl, pentacosyl, hexacosyl, heptacosyl, octacosyl, nonacosyl, les (méth)acrylates de méthyle, éthyle et butyle étant préférés ; et
- les esters vinyliques d'acide carboxyliques. A titre d'exemples d'esters vinyliques d'acide carboxylique, on peut citer l'acétate de vinyle, le versatate de vinyle, le propionate de vinyle, le butyrate de vinyle, ou le maléate de vinyle, l'acétate de vinyle étant préféré.
Avantageusement, le tronc en polyoléfine est constitué à au moins 50 % en moles du premier comonomère.
Les troncs polyoléfines préférés sont constitués de copolymère éthylène-(méth)acrylate d'alkyle. En utilisant ce tronc polyoléfine, on obtient une excellente tenue au vieillissement à la lumière et à la température.
Selon la présente invention, le tronc polyoléfine contient au moins un reste de monomère insaturé (X) pouvant réagir sur une fonction acide et/ou amine du greffon polyamide par une réaction de condensation. Il est précisé que ce monomère insaturé (X) n'est pas un « deuxième comonomère ».
Comme monomère insaturé (X), on peut citer :
- les époxydes insaturés. Parmi ceux-ci, les esters et éthers de glycidyle aliphatiques tels que l'allylglycidyléther, le vinylglycidyléther, le maléate et l'itaconate de glycidyle, l'acrylate et le méthacrylate de glycidyle ; les esters et éthers de glycidyle alicycliques tels que le 2-cyclohexène-1-glycidyléther, le cyclohexène-4,5-diglycidylcarboxylate, le cyclohexène-4-glycidyl carboxylate, le 5-norbornène-2-méthyl-2-glycidyl carboxylate et l'endocis-bicyclo(2,2,1)-5-heptène-2,3-diglycidyl dicarboxylate, le méthacrylate de glycidyle étant préféré.
- les acides carboxyliques insaturés et leurs sels, par exemple l'acide acrylique ou l'acide méthacrylique et leurs sels.
- les anhydrides d'acide carboxylique, choisis par exemple parmi les anhydrides maléique, itaconique, citraconique, allylsuccinique, cyclohex-4-ène-1,2-dicarboxylique, 4-méthylènecyclohex-4-ène-1,2-dicarboxylique, bicyclo(2,2,1)hept-5-ène-2,3-dicarboxylique, et x-méthylbicyclo(2,2,1)hept-5-ène-2,2-dicarboxylique, en particulier l'anhydride maléique.
Le monomère insaturé (X) est de préférence choisi parmi un anhydride d'acide carboxylique insaturé et un époxyde insaturé. En particulier, pour réaliser la condensation du greffon polyamide avec le tronc polyoléfine, dans le cas où l'extrémité réactive du greffon en polyamide est une fonction acide carboxylique, le monomère insaturé (X) est préférentiellement un époxyde insaturé. Dans le cas où l'extrémité réactive du greffon en polyamide est une fonction amine, le monomère insaturé (X) est avantageusement un époxyde insaturé et préférentiellement un anhydride d'acide carboxylique insaturé.
Selon une version avantageuse de l'invention, le nombre préféré de monomère insaturé (X) fixé en moyenne sur le tronc polyoléfine est supérieur ou égal à 1,3 et/ou préférentiellement inférieur ou égal à 10.
Ainsi, si (X) est l'anhydride maléique et la masse molaire en nombre de la polyoléfine est 15 000 g/mol, on a trouvé que ceci correspondait à une proportion d'anhydride d'au moins 0,8 % en masse de l'ensemble du tronc de polyoléfine et d'au plus 6,5%. Ces valeurs associées à la masse des greffons polyamide déterminent la proportion de polyamide et de tronc dans le polymère greffé polyamide.
Le tronc polyoléfine contenant le reste du monomère insaturé (X) est obtenu par polymérisation des monomères (premier comonomère, deuxième comonomère éventuel, et éventuellement monomère insaturé (X)). On peut réaliser cette polymérisation par un procédé radicalaire à haute pression ou un procédé en solution, en réacteur autoclave ou tubulaire, ces procédés et réacteurs étant bien connus de l'homme du métier. Lorsque le monomère insaturé (X) n'est pas copolymérisé dans le tronc polyoléfine, il est greffé sur le tronc polyoléfine. Le greffage est également une opération connue en soi. La composition serait conforme à l'invention si plusieurs monomères fonctionnels (X) différents étaient copolymérisés et/ou greffés sur le tronc polyoléfine.
Selon les types et ratio de monomères, le tronc polyoléfine peut être semi-cristallin ou amorphe. Pour les polyoléfines amorphes, seule la température de transition vitreuse est observée, tandis que pour les polyoléfines semi-cristallins, une température de transition vitreuse et une température de fusion sont observées. On peut obtenir un tronc polyoléfine avec la température de transition vitreuse et de fusion éventuelle recherchée en ajustant le type et le ratio des monomères. La masse molaire du tronc polyoléfine peut être modifiée pour obtenir la viscosité recherchée.
Le tronc polyoléfine présente un Melt Flow Index (MFI) est de préférence compris entre 3 et 400g/10min, en particulier entre 10 à 300g/10 min et notamment entre 50 à 200g/10 min (190°C, 2,16kg, ASTM D 1238).
De préférence, sa densité, telle que mesurée selon la norme ISO 1183 :2019, est avantageusement comprise entre 0,91 et 0,96.
Le polymère greffé polyamide comprend un tronc en polyoléfine contenant un reste d'au moins un monomère insaturé (X) tel que décrit ci-dessus et au moins un greffon en polyamide attaché au tronc en polyoléfine via le reste du monomère insaturé (X).
Les greffons polyamide peuvent être des homopolyamides ou des copolyamides. Les greffons polyamides peuvent être notamment aliphatiques, cycloaliphatiques ou semiaromatiques.
Parmi les homopolyamides sont préférés les polyamides aliphatiques qui résultent de la polycondensation :
- d’un lactame,
- d'un acide α,Ω-aminocarboxylique aliphatique, ou
- d'une diamine aliphatique et d'un diacide aliphatique.
A titre d'exemples de lactame, on peut citer le caprolactame, l'oenantholactame et le lauryllactame.
A titre d'exemples d'acide α,Ω-aminocarboxylique aliphatique, on peut citer l'acide aminocaproïque, l'acide amino-7-heptanoïque, l'acide amino-11-undécanoïque et l'acide amino-12-dodécanoïque.
A titre d'exemples de diamine aliphatique, on peut citer l'hexa-méthylènediamine, la dodécaméthylènediamine et la triméthylhexaméthylène diamine.
A titre d'exemples de diacide aliphatique, on peut citer les acides adipique, azélaïque, subérique, sébacique et dodécanedicarboxylique.
Parmi les homopolyamides aliphatiques, on peut citer, à titre d'exemple et de façon non limitative, les polyamides suivants : le polycaprolactame (PA6) ; le polyundécanamide (PA 11); le polylauryllactame (PA12); le polybutylène adipamide (PA4.6) ; le polyhexaméthylène adipamide (PA6.6) ; le polyhexaméthylène azélamide (PA6.9) ; le polyhexaméthylène sébaçamide (PA-6.10); le polyhexaméthylène dodécanamide (PA6.12); le polydécaméthylène dodécana-mide (PA 10.12) ; le polydécaméthylène sébaçanamide (PA 10.10) et le polydodecaméthylène dodécanamide (PA 12.12). Le PA 6 est particulièrement préféré.
Parmi les homopolyamides cycloaliphatiques, on peut notamment citer ceux résultant de la condensation d'une diamine cycloaliphatique et d'un diacide aliphatique.
A titre d'exemple de diamine cycloaliphatique, on peut citer la 4,4'-méthylene-bis(cyclohexylamine), aussi appelée para-bis(aminocyclo-hexyl)méthane ou PACM, la 2,2'-diméthyl-4,4'méthylène-bis(cyclo-hexyl-amine), aussi appelée bis-(3-méthyl-4-aminocyclohexyl)-méthane ou BMACM.
Parmi les homopolyamides cycloaliphatiques, on peut citer notamment les polyamides PACM.12, BMACM.10 et BMACM.12.
Les homopolyamides semi-aromatiques peuvent résulter de la condensation :
- d'une diamine aliphatique et d'un diacide aromatique, tel que l'acide téréphtalique (T) et l'acide isophtalique (I). Les polyamides obtenus sont alors couramment appelés "polyphtalamides" ou PPA;
- d'une diamine aromatique, telle que la xylylènediamine, et plus particulièrement la métaxylylènediamine (MXD) et d'un diacide aliphatique.
Dans cette famille de polyamide, on peut citer notamment les polyamides 6.T, 6.I, MXD.6 et le MXD.10.
En variante, les greffons polyamide sont des copolyamides. Ceux-ci résultent de la polycondensation d'au moins deux des monomères énoncés ci-dessus pour l'obtention d'homopolyamides.
Le terme « monomère » dans la présente description des copolyamides doit être pris au sens d' «unité répétitive». En effet, le cas où une unité répétitive du PA est constituée de l'association d'un diacide avec une diamine est particulier. On considère que c'est l'association d'une diamine et d'un diacide, c'est-à-dire le couple diamine-diacide (en quantité équimolaire), qui correspond au monomère. Ceci s'explique par le fait qu'individuellement, le diacide ou la diamine n'est qu'une unité structurale, qui ne suffit pas à elle seule à polymériser pour donner un polyamide.
Ainsi, les copolyamides couvrent notamment les produits de condensation :
- d'au moins deux lactames,
- d'au moins deux acides α,Ω-aminocarboxyliques aliphatiques,
- d'au moins un lactame et d'au moins un acide α,Ω-aminocarboxylique aliphatique,
- d'au moins deux diamines et d'au moins deux diacides,
- d'au moins un lactame avec au moins une diamine et au moins un diacide,
- d'au moins un acide α,Ω-aminocarboxylique aliphatique avec au moins une diamine et au moins un diacide,
la(les) diamine(s) et le(s) diacide(s) pouvant être, indépendamment l'un de l'autre, aliphatiques, cycloaliphatiques ou aromatiques.
Selon les types et ratio de monomères, les copolyamides peuvent être semi-cristallins ou amorphes. Parmi les copolyamides amorphes, on peut citer par exemple les copolyamides contenant des monomères semi-aromatiques.
On pourra également utiliser les copolyamides semi-cristallins et particulièrement les copolyamides PA 6/11, PA6/12 et PA6/11/12.
La masse moléculaire moyenne en nombre Mn des copolyamides, telle que mesurée selon la norme ISO 16014-5 :2019, peut varier dans de larges proportions, mais elle est avantageusement inférieure à 10000 g/mol.
Avantageusement, les greffons polyamide sont monofonctionnels.
Pour que le greffon polyamide ait une terminaison monoamine, on peut utiliser un limiteur de chaîne de formule :
R1R2NH
dans laquelle :
• R1 est l'hydrogène ou un groupement alkyle linéaire ou ramifié contenant jusqu'à 20 atomes de carbone,
• R2 est un groupement ayant jusqu'à 20 atomes de carbone alkyle ou alcényle linéaire ou ramifié, un radical cycloaliphatique saturé ou non, un radical aromatique ou une combinaison des précédents. Le limiteur de chaine peut être par exemple la laurylamine ou l'oleylamine.
Pour que le greffon polyamide ait une terminaison monoacide carboxylique, on peut utiliser un limiteur de chaîne de formule R'1-COOH, R'1-CO-O-CO-R'2 ou un diacide carboxylique.
R'1 et R'2 sont des groupements alkyles linéaires ou ramifiés contenant jusqu'à 20 atomes de carbone.
Avantageusement, le greffon polyamide possède une extrémité à fonctionnalité amine. Les limiteurs de chaine monofonctionnels de polymérisation préférés sont la laurylamine et l'oléylamine.
Avantageusement, les greffons polyamide ont une masse molaire comprise entre 1000 et 5000 g/mol et de préférence entre 2000 et 3000 g/mol.
La polycondensation définie ci-dessus s'effectue selon les procédés connus, par exemple à une température comprise entre 200 et 300°C, sous vide ou sous atmosphère inerte, avec agitation du mélange réactionnel. La longueur de chaîne moyenne du greffon est déterminée par le rapport molaire initial entre le monomère polycondensable ou le lactame et le limiteur de chaine. Pour le calcul de la longueur de chaîne moyenne, on compte habituellement une molécule de limiteur de chaîne pour une chaîne de greffon.
On pourra préparer un greffon polyamide avec la température de transition vitreuse et de fusion éventuelle recherchée en sélectionnant les types et ratio de monomères appropriés. La viscosité du greffon polyamide pourra être ajustée en modulant la masse molaire du greffon polyamide.
La réaction de condensation du greffon polyamide sur le tronc de polyoléfine contenant le reste de (X) s'effectue par réaction d'une fonction amine ou acide du greffon polyamide sur le reste de (X). Avantageusement, on utilise des greffons polyamide monoamine et on crée des liaisons amides ou imides en faisant réagir la fonction amine sur la fonction du reste de (X).
On réalise cette condensation de préférence à l'état fondu.
Pour fabriquer la composition, on peut utiliser les techniques classiques de malaxage et/ou d'extrusion. Les composants de la composition sont ainsi mélangés pour former un composé qui pourra éventuellement être granulé en sortie de filière. Avantageusement, des agents de couplage sont ajoutés lors du compoundage.
Pour obtenir une composition nanostructurée, on peut ainsi mélanger le greffon polyamide et le tronc dans une extrudeuse, à une température généralement comprise entre 200 et 300 °C. Le temps de séjour moyen de la matière fondue dans l’extrudeuse peut être compris entre 5 secondes et 5 minutes, et de préférence entre 20 secondes et 1 minute. Le rendement de cette réaction de condensation est évalué par extraction sélective des greffons de polyamide libres, c'est-à-dire ceux qui n'ont pas réagi pour former le polymère greffé polyamide.
La préparation de greffons polyamide à extrémité amine ainsi que leur addition sur un tronc de polyoléfine contenant le reste de (X) est décrite dans les brevets US3976720, US3963799, US5342886 et FR2291225. Le polymère greffé polyamide de la présente invention présente avantageusement une organisation nanostructurée. Pour obtenir ce type d'organisation, on utilisera préférentiellement par exemple des greffons présentant une masse molaire en nombre Mn comprise entre 1000 et 5000g/mol et plus préférentiellement entre 2000 et 3000 g/mol.
Le polymère greffé polyamide particulièrement préféré contient le reste d’un monomère d’anhydride d’acide carboxylique, en particulier d’un monomère anhydride maléique et des greffons de polyamide 6 (PA6).
Le polymère greffé comporte 5 à 50% en masse et de préférence 15 à 30% en masse de greffons polyamide.
Selon un mode de réalisation, le polymère greffé polyamide présente une température de fusion supérieure à 120°C.
Avantageusement, la température de fusion du film support est par ailleurs plus élevée que celle de la couche adhésive, ce qui permet d’apporter une stabilité thermomécanique à la structure. De préférence, l’écart entre la température de fusion du film support et la température de fusion de la couche adhésive est compris entre 30 et 60 °C.
Selon un mode de réalisation, le film support a un Melt Flow Index (MFI) compris entre 0,2 et 10 g/10 min, de préférence entre 0,4 et 3g/10 min, et plus préférentiellement entre 0,6 et 2g/10 min (230°C, 2,16kg, ASTM D 1238).
Selon un autre mode de réalisation, l’épaisseur du film support est comprise entre 15 et 60µm et est notamment de l’ordre de 20 µm.
Comme évoqué plus haut, le film support peut être directement en contact avec une deuxième couche adhésive de manière à former une structure tricouche couche adhésive/film support/couche adhésive, la deuxième couche adhésive étant telle que définie précédemment, identique ou différente à la première.
B. Procédé de préparation de la structure multicouche
La structure multicouche selon l'invention peut être obtenue à partir des mélanges destinés à la couche adhésive et le film support par des techniques classiques de réalisation de films, feuilles ou plaques.
A titre d'exemple, on peut citer les techniques d'extrusion soufflage de gaine (encore appelée « Blown film »), d'extrusion laminage, d'extrusion couchage, d'extrusion de film à plat (encore appelée « cast film») ou encore d'extrusion de feuilles. Toutes ces techniques sont connues de l'homme de métier et il saura adapter les conditions de mise en œuvre des différentes techniques (température des extrudeuses, raccord, filières et « feedblock », vitesse de rotation des vis, températures de refroidissement des cylindres de refroidissement, etc.) pour former la structure selon l'invention ayant la forme et les épaisseurs désirées. On ne sortirait pas de l'invention si la structure finale était obtenue par des techniques de pressage, de laminage avec des adhésifs en voie solvant ou aqueuse, ou si la structure finale subissait une étape de recuit supplémentaire.
La structure multicouche est de préférence préparée par coextrusion, en particulier par coextrusion de film à plat.
Lors de la coextrusion des deux couches, la couche du film support est généralement chauffée à une température supérieure à celle de la couche adhésive, afin que leur viscosité, à leur température respective, soit la plus proche possible.
C. Utilisation pour la fabrication d’un module photovoltaïque
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne l’utilisation d’une structure multicouche telle que définie précédemment pour la fabrication d’un module photovoltaïque.
La structure multicouche selon l’invention est intéressante dans cette application car elle facilite grandement l’assemblage de la pile photovoltaïque avec l’encapsulant et les couches protectrices supérieure (appelées front-sheet ») et au dos du module (appelé « back-sheet »). En particulier, cette structure est adaptée à la fabrication de modules tels que décrits dans la demande WO 2004/021455 qui requiert de laminer l’encapsulant directement à la surface des interconnecteurs. En effet, la bonne adhésion au métal de la couche adhésive de la structure multicouche de l’invention permet de laminer les interconnecteurs au préalable sur la structure multicouche, ce qui rend l’assemblage du module photovoltaïque bien plus simple.
Il peut être intéressant d’utiliser la structure multicouche selon l’invention avec des interconnecteurs enrobés. En particulier, les interconnecteurs peuvent être enrobés d’un matériau présentant une température de fusion plus faible que celle de la couche adhésive, ce qui facilite la soudure sur la cellule photovoltaïque.
Dans cette utilisation, il est particulièrement avantageux que le film support forme la couche protectrice au dos du module photovoltaïque appelée « backsheet » du module photovoltaïque.
Selon encore un autre aspect, l’invention concerne un module photovoltaïque comprenant au moins une structure multicouche telle que décrite ci-dessus.
La structure multicouche peut servir notamment en tant qu’encapsulant d’au moins une pile photovoltaïque (10). Le film support de la structure multicouche peut par ailleurs selon un mode de réalisation préféré, servir de couche protectrice au dos du module (« back-sheet ») (26).
E. Procédé de fabrication d’un module photovoltaïque
Selon encore un autre aspect, l’invention concerne un procédé de préparation d’un module photovoltaïque comprenant une étape d’encapsulation d’au moins une pile photovoltaïque (10) avec une structure multicouche telle que définie précédemment.
La structure multicouche, plus particulièrement la couche adhésive de celle-ci est notamment en contact direct avec ladite pile photovoltaïque (10), notamment avec au moins un interconnecteur électrique (18) reliant deux cellules photovoltaïques (12).
Selon un mode de réalisation, l’étape d’encapsulation d’au moins une pile photovoltaïque (10) comprend les étapes de :
i) mise en contact de la couche adhésive (22) de la structure multicouche avec au moins un interconnecteur électrique (18) à une température inférieure à la température de fusion de la couche adhésive (22), notamment de 5 à 20°C inférieure à la température de fusion de la couche adhésive (22), classiquement à une température comprise entre 70 et 80°C, ce par quoi on obtient au moins un interconnecteur électrique (18) fixé à la surface de la couche adhésive de la structure multicouche ;
ii) laminage de la structure multicouche fixant au moins un interconnecteur électrique obtenue à l’étape précédente sur les autres composants de la pile photovoltaïque (10), notamment à une température comprise entre la température de fusion de la couche adhésive et la température d’écoulement du backsheet, notamment comprise entre 140 et 160°C.
Selon un mode de réalisation particulier, les interconnecteurs électriques (18) peuvent être notamment disposés à la surface de la couche adhésive (22), de la structure multicouche sous la forme de fils ou de bandes parallèles. Ils peuvent être fixés à la surface de la couche adhésive (22), par mise en contact avec la couche adhésive (22), laquelle peut avoir été chauffée à une température comprise entre 50 et 100 °C de manière à la rendre collante. La structure multicouche, incorporant les interconnecteurs (18), obtenue à l’étape i) peut ensuite être disposée sur les autres composants du module photovoltaïque, notamment les piles photovoltaïques (10).
Afin de faciliter l’assemblage du module, les interconnecteurs peuvent être enrobés d’un polymère présentant une température plus faible que la couche adhésive.
De préférence, la force de pelage de l’interface entre la couche adhésive (22) et les filaments métalliques utilisés comme interconnecteurs électriques (18) dans le module est d’au moins de 0,1 N/cm, de préférence d’au moins 0,2 N/cm à un angle de 90°, à température ambiante.
A Affinity PL1880G : Copolymère éthylène-octène, commercialisé par Dow Chemicals
B EVA 1010 VN3 : Copolymère d’éthylène et d’acétate de vinyle, commercialisé par Total
C LDPE 1022 FN24 : Polyéthylène linéaire basse densité, commercialisée par Total
Lotader® 3210 : terpolymère d’éthylène, acrylate de butyle et anhydride maléique, commercialisé par SK Functional Polyolefins
- Adhesive masterbatch MB4 commercialisé par la société Arkema France : promoteur d’adhésion sur verre contenant un silane
- Masterbatch UVB : mélange-maitre contenant un stabilisant UV
Apolhya Solar®LP91H3-UVB contenant 80% en poids de polyoléfine formant un tronc présentant des fonctions anhydride maléiques liés à 20% en poids de greffons en polyamide 6. Le produit présente un MFI (« Melt Flow Index») de 0,5 g/10 min à 230°C sous 2.16 kg et un point de fusion de 216°C
Apolhya Solar®LC3-UV contenant 80% en poids de polyoléfine formant un tronc présentant des fonctions anhydride maléique liées à 20% en poids de greffons copolyamide 6.12. Le produit présente un MFI (« Melt Flow Index ») de 10 g/10 min à 230°C sous 2,16 kg et un point de fusion de 130°C.
| Ex 1 | Ex 2 | Ex 3 | ||
| Couche adhésive (40µm) | Polyoléfine fonctionnalisée | 20% | 20% | 20% |
| Polyoléfine A | 71% (A) | 71% (B) | 71% (C) | |
| Adhesive masterbatch MB4 | 5% | 5% | 5% | |
| Masterbatch UVB | 4% | 4% | 4% | |
| Film support (30µm) | Apolhya Solar LP91H3-UVB | Apolhya Solar LP91H3-UVB | Apolhya Solar LP91H3-UVB | |
| Constitution des films selon les exemples 1 à 3 |
Des films de 70 µm d’épaisseur ont été réalisés par extrusion de film à plat (CAST) sur une ligne d'extrusion de marque Dr COLLIN. Cette ligne d'extrusion se compose de trois extrudeuses équipées d'un profil de vis standard polyoléfine, d'un bloc de coextrusion variable (variable « feed block»), et d'une filière porte manteaux de 250 mm (« coat hanger die »). Le bloc de coextrusion autorise la production d'un film à deux couches (Couche 1 / Couche 2) avec une distribution d'épaisseurs variables.
On a préparé les formulations de la couche adhésive par mélange à sec (dry-blend) d’une polyoléfine fonctionnalisée et d’une polyoléfine A comme indiqué dans le tableau 1 ci-dessous. Puis on a préparé par co-extrusion des films comprenant une couche adhésive et un film support selon les indications du tableau 1 dans les conditions suivantes :
- Température d’extrusion de la couche adhésive : 150°C,
- Température d’extrusion du film support : 240°C,
- Température de la tête de coextrusion et filière : 220°C,
- Vitesse de ligne : 6 m/mn.
On a préparé par co-extrusion un film comme indiqué dans les exemples précédant sauf à remplacer la formulation de polyoléfine fonctionnalisée et polyoléfine A par l’Apolyha Solar LC3-UV.
On a préparé par extrusion un film mono-couche d’Apolhya Solar LP91H3-UVB dans les conditions suivantes :
- Température d’extrusion, de la tête de coextrusion et de la filière : 240°C,
- Vitesse de ligne : 6 m/mn.
Les films ont été caractérisée par mesure de la température de fusion de la couche adhésive, par DSC selon la norme ISO11357-1/-3.
Par ailleurs, l’adhésion entre les films et les filaments métalliques utilisés comme connections des modules photovoltaïques a été évaluée selon le protocole suivant :
- 10 filaments en étain de diamètre 25µm sont placés côte à côte de façon parallèle au contact de la couche adhésive des films ;
- Une soudure est effectuée par pressage à 130°C sous 5 bars pendant 2s ; et
- La force d’adhésion entre les filaments et le film est évaluée au moyen d’un test de pelage à angle libre, au moyen d’un dynamomètre dans lequel les filaments sont tenus par un mors et le film par l’autre. On mesure la force à l’équilibre lors de la propagation de la délamination.
Les résultats de ces évaluations sont présentés dans le tableau 2 ci-après.
| Ex 1 | Ex 2 | Ex 3 | Ex 4 | Ex 5 | |
| Point de fusion couche adhésive (°C) | 99 | 98 | 110 | 130 | 216 |
| Force de pelage sur filament (N) | 0,25 | 0,39 | 0,12 | < 0,1 | 0 |
| Résultats de l’évaluation des films |
Ces résultats montrent que les structures multicouches selon l’invention se caractérisent par une force de pelage supérieure à celles obtenues avec une structure dont la couche adhésive ne comprend pas une combinaison de polyoléfine fonctionnelle/et une polyoléfine A telle que définie dans la présente invention, mais plutôt une polyoléfine greffée de greffons polyamide avec un point de fusion de 130°C (Exemple 4) ou des structures monocouche (Exemple 5).
Par ailleurs, ces résultats montrent que les matrices de couches adhésives présentant un point de fusion entre 80 et 120°C permettent d’augmenter considérablement l’adhésion aux filaments métalliques.
Claims (16)
- Structure multicouche comprenant une couche adhésive et une couche formant un film support en contact direct avec celle-ci, où
(a) ladite couche adhésive comprend :- une polyoléfine A choisie parmi un homopolymère d’éthylène et un copolymère d’éthylène et d’une α-oléfine, un copolymère d’éthylène et d’un ester vinylique d’acide carboxylique, notamment un acétate de vinyle (EVA) ou un (co)polymère comportant des motifs (méth)acrylate de méthyle, d’éthyle, propyle, n-butyle, sec-butyle, isobutyle ou tert-butyle ; et
- une polyoléfine fonctionnalisée, distincte de la polyoléfine A, comprenant un tronc polyoléfine contenant un reste d’au moins un monomère insaturé (Y), le reste du monomère insaturé (Y) étant fixé sur le tronc par greffage ou copolymérisation ;
b) ledit film support comprend un polymère greffé polyamide comprenant :- un tronc en polyoléfine, représentant de 50% à 95% en masse du polymère greffé polyamide, contenant un reste d'au moins un monomère insaturé (X) et au moins un greffon en polyamide, représentant de 5% à 50% en masse dudit polymère greffé polyamide, dans lequel:
- le greffon en polyamide est attaché au tronc en polyoléfine par le reste du monomère insaturé (X) comprenant une fonction capable de réagir par une réaction de condensation avec un polyamide ayant au moins une extrémité amine et/ou au moins une extrémité acide carboxylique,
- le reste du monomère insaturé (X) est fixé sur le tronc par greffage ou copolymérisation,
- le tronc en polyoléfine et le greffon en polyamide étant choisis pour que ledit polymère greffé polyamide présente une température d'écoulement supérieure à 160°C, telle que mesuré par DSC selon ISO 11357-1:2016, ISO 11357-2:2020, ISO 11357-3:2018, ladite température d'écoulement étant définie comme la température la plus élevée parmi les températures de fusion et les températures de transition vitreuse du greffon polyamide et du tronc en polyoléfine.
- Structure multicouche selon la revendication 1, dans laquelle la température de fusion de ladite couche adhésive est comprise entre 90°C et 110°C.
- Structure multicouche selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite couche adhésive a un Melt Flow Index (MFI), tel que mesuré selon la norme ASTP D 1238 à 190°C sous 2,16kg, compris entre 0,2 et 10 g/10 min, de préférence entre 0,4 et 3 g/10 min, et en particulier entre 0,6 et 2 g/10 min.
- Structure multicouche selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite couche adhésive, comprend :
- de 65% à 95 % en poids de polyoléfine A ;
- de 5 à 35% en poids de polyoléfine fonctionnelle ; et
- de 0 à 5% en poids d’un ou plusieurs additifs.
- Structure multicouche selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle l’épaisseur de ladite couche adhésive est comprise entre 20 et 60 µm.
- Structure multicouche selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle l’épaisseur dudit film support est comprise entre 5 et 40 µm.
- Structure multicouche selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle le comonomère d’α-oléfine de la polyoléfine A de la couche adhésive est choisi parmi l’éthylène-propylène, l’éthylène-butène et l’éthylène-octène.
- Structure multicouche selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle la polyoléfine fonctionnelle de ladite couche adhésive est une polyoléfine contenant un reste d’au moins un monomère insaturé (Y) qui est un anhydride maléique.
- Structure multicouche selon l’une des revendications 1 à 8, dans laquelle ledit film support a un Melt Flow Index (MFI), tel que mesuré selon la norme ASTP D 1238 à 230°C sous 2,16kg compris entre 0,2 et 10 g/10 min, de préférence entre 0,4 et 3 g/10 min, en particulier entre 0,6 et 2 g/10 min.
- Structure multicouche selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce ledit film support porte ladite couche adhésive sur une de ses faces.
- Structure multicouche selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit film support porte ladite couche adhésive sur ses deux faces.
- Procédé de préparation d’une structure multicouches selon l’une des revendications 1 à 11, dans laquelle ledit film support est assemblé à ladite couche adhésive par coextrusion.
- Utilisation d’une structure multicouche selon l’une des revendications 1 à 11 pour la fabrication de modules photovoltaiques.
- Procédé de préparation d’un module photovoltaïque, dans lequel une pile photovoltaïque est encapsulée avec une structure multicouche selon l’une des revendications 1 à 11.
- Procédé selon la revendication 14, dans lequel l’encapsulation comprend les étapes de :
- fixation d’un filament conducteur électrique à la surface de lad couche adhésive d’une structure multicouche selon l’une des revendications 1 à 11 à une température inférieure à la température de fusion de la couche adhésive pour former un assemblage ;
- mise en contact dudit assemblage avec une pile photovoltaïque à une température comprise entre la température de fusion de la couche adhésive et la température d’écoulement du film support.
- Module photovoltaïque comprenant une structure multicouche telle que définie dans les revendications 1 à 11.
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Effective date: 20240621 |