CN106374005A - 一种曲面太阳能光伏板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种曲面太阳能光伏板，至少包括光电转换结构和光照调节结构，光电转换结构包括至少一个圆弧形的转换单元，转换单元为瓦型且具有由光电转换结构指向光照调节结构方向的凸出结构，转换单元成转换单元的弧形结构的边沿部分相邻的阵列形态设置，光电转换结构和光照调节结构之间平行地层叠设置。本发明通过设置的弧形结构的转换单元构成的光电转换结构，增加单位面积内的有效工作面积，同时对辐照起到良好分散的作用，同时配合对光线具有单向透射功能的光照调节结构，从而在使用中实现阳光的单向透射，而降低散射和反射等的发生，太阳能利用效率高，发电效率高，同时具有良好的散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体太阳能光伏设备组件，特别是一种曲面太阳能光伏板。
背景技术
太阳能电池组件是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，太阳能是一种新型能源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能电池组件的寿命比较长，其主要由低铁超白钢化玻璃、EVA胶膜、晶体硅太阳能电池阵列以及背板在一定的温度、压力和真空条件下熔融、粘结形成刚性的整体结构。考虑太阳能电池组件在实际中的使用效果，单位面积功率产出已经成为评价光伏组件的重要参数之一。同时，考虑单晶硅、多晶硅原材料的短缺、晶片成本高以及降低生产成本等因素，在现有的技术基础上必须提高太阳能电池组件的光电转化效率，即高效率的太阳能电池组件。可以知道的是，太阳能组件的效率不仅仅受到光照效率的影响，组件的温度同样会对发电效率产生较大的影响。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种曲面太阳能光伏板，光伏照射效率高，产品结构稳定性好，通过弧形的转换单元，实现了对辐照能量的充分利用，同时避免在产品表面发生强烈的反射，而避免光污染和光能量在散射中消耗，发电效率高，同时具有良好的散热性能，使用寿命长，在寿命期限内效率稳定，不易发生损坏。
本发明公开的曲面太阳能光伏板，至少包括光电转换结构和光照调节结构(可以为无色单向透射膜等，下同)，光电转换结构包括至少一个圆弧形的转换单元(可以为单晶硅薄层或者多晶硅薄层或者半导体高聚物薄层等，下同)，转换单元为瓦型且具有由光电转换结构指向光照调节结构方向的凸出结构，转换单元成转换单元的弧形结构的边沿部分相邻的阵列形态设置，光电转换结构和光照调节结构之间平行地层叠设置，其中光照调节结构对应于转换单元具有调节单元，每一个调节单元至少部分具有对光线的单向透射功能，并且该透射方向为由光照调节结构指向光电转换结构所在的方向。
本发明方案通过设置的弧形结构的转换单元构成的光电转换结构，增加单位面积内的有效工作面积，同时对辐照起到良好分散的作用，避免在单位面积内光辐照能量过高而转换效率降低和组件温度急速升高，同时配合对应设置的至少具有单向透射功能的光照调节结构，以在光伏板表面发生单向透射行为——是光线由外界单向进入光电转换结构而无法再向外侧转换，而降低光电转换结构(如半导体硅功能单元等)的光子接收效率，从而提升单位面积的有效工作效率，从而尽可能地提升产品的光电转换效率。
本发明公开的曲面太阳能光伏板的一种改进，调节单元包括至少一个单向透射组件和至少一个半反射组件，单向透射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分，半反射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分外侧的边沿部分。边沿部分与水平面(参见附图)的最大夹角不大于15度。夹角过大会影响到半导体材料的利用效率，从而增加成本，且不利于实现组件内的多次反复反射。
本方案中，通过特定位置设置的单向透射组件和半反射组件，将单向透射组件设置在弧形结构的凸起部分，以在增加单位面积内的半导体组件等的光电转换结构的有效工作面积，从而在同等条件大幅地降低光照强度，从而在提升光电转换效率的同时，降低温度升高的幅度，并且因凸起部分具有较大的曲率半径，从而增强了在组件内的反射效率，实现单向透射组件和半反射组件与转换单元即半导体组件间的多次反复反射，避免直射导致照射区域温度急剧上升而影响工作效率。另外在组件内光波经过多次反射后到达半反射组件区域时可以经过半反射组件向相邻的转换单元进行转换，从而克服边沿区域光照强度不足的问题，从而提高了对光辐射的利用效率。
本发明公开的曲面太阳能光伏板的一种改进，单向透射组件包括至少一层的单向透射膜：当具有多层单向透射膜时其层叠设置且每一层的透射方向均为由光照调节结构指向光电转换结构所在的方向。本方案通过设置具有多层单向透射膜的单向透射组件，实现了对光传输行为的多次精细控制，从而对自然光的光强分布通过透射方向的调控进行调整，而实现在整个产品光电转换结构全范围内的稳定工作，以避免光照分布不均，从而提升光伏效率，进一步的降低直接反射损失，并且该多层结构还可以增强设备的耐磨损性能，极大的延长使用寿命。
本发明公开的曲面太阳能光伏板的一种改进，当单向透射组件具有多层单向透射膜时其层叠设置且每一层的透射方向均相同。
本发明公开的曲面太阳能光伏板的一种改进，光照调节结构上与光电转换结构最接近的内侧设置有向光电转换结构所在侧全反射的全反射结构(本处是指对整个光照调节结构而言，而非仅指最接近的部分区域或者局部)。本方案通过设置在最内侧的全反射结构，使得照射到光电转换结构上的光照，在被其反射时被全反射结构进一步的反射回答转换结构上，而进一步地降低反射损失，以提升光电转换效率。
本发明公开的曲面太阳能光伏板的一种改进，曲面太阳能光伏板还包括EVA层，其为外露表面包覆有隔氧层的高散热热稳定改性EVA塑胶层，EVA层贴合于光电转换结构背部。
本发明公开的曲面太阳能光伏板的一种改进，EVA层的高散热热稳定改性EVA塑胶层的组成包括，以重量份计：乙烯-醋酸乙烯共聚物100份，交联固化剂1-2份，热稳定剂0.2-0.5份，导热剂5-10份，苯基乙烯基硅树脂15-20份。
本发明公开的曲面太阳能光伏板的一种改进，EVA层的高散热热稳定改性EVA塑胶层中导热剂包括经过偶联剂预处理的多孔材料，多孔材料包括多孔氧化锌粉末和多孔氧化铝粉末，在导热剂中其组成包括，以重量份数计：多孔氧化锌粉末10-20份；多孔氧化铝粉末20-30份。
由半导体物理理论可知，载流子的扩散系数随温度的升高而稍有增大，因此，光生电流IL也随温度的升高有所增加。但Io随温度的升高是指数增加，因而Uoc随温度的升高急剧下降。由此，当温度升高时，I-U曲线形态改变，填充因子下降，故光/电转换效率随温度的增加而下降。
经研究和试验表明，太阳能电池工作温度的升高会引起短路电流的少量增加，并引起开路电压发生严重降低。温度变化对于开路电压的影响之所以大，是因为开路电压直接同制造电池的半导体材料的禁带宽度有关，而禁带宽度会随温度的变化而发生改变。对于硅材料来说，禁带宽度随温度的变化率约为-0.003eV/℃，从而导致开路电压变化率约为-2mV/℃。也就是说，电池的工作温度每升高1℃，开路电压约下降2mV，大约是正常室温时0.55V的0.4％。随着温度的升高，电池的光电转换效率还好持续下降。由此可以看出温度控制对太阳能电池效率的重要性和突出意义。
通过设置的具有多孔结构的多孔材料，在EVA层中通过多孔结构跟树脂材料进行充分的接触，极大地增加散热和热传导面积，从而利于提高将组件产生的热量及时传导散发出去，有利于对温度的控制，降低温度因素对组件发电效率的影响，同时还能降低产品的热老化速度，从而延长使用寿命，降低应用成本。
本发明公开的曲面太阳能光伏板的一种改进，EVA层的高散热热稳定改性EVA塑胶层中导热剂的多孔材料还包括经过偶联剂预处理的泡沫铝镁合金粉10-15重量份。
通过采用偶联剂溶液蒸汽浸润的方式对多孔材料进行表面预处理以提高其与EVA的相容性，该方式可以可以克服表面张力对液相偶联剂溶液在微孔浸润时的阻碍作用，从而提升材料的结合效果。
本发明公开的曲面太阳能光伏板的一种改进，偶联剂预处理为将多孔材料经偶联剂溶液蒸汽充分浸润，浸润的程度为在溶剂被蒸发后多孔材料表面形成偶联剂薄层。在多孔材料的多孔表面形成一个薄层的有效的偶联剂层，从而极大地降低对偶联剂的消耗避免浪费，同时还能够减小过量偶联剂对环境的污染，同时该偶联剂薄层还有利于多孔材料与EVA混溶时EVA进入表面微孔，增加材料的接触面积提高热量传递效果的同时还起到了增强机械性能的作用。
本发明公开的曲面太阳能光伏板具有组件结构坚定稳定，质量轻便，通过改善透射条件而增强了光转换效率，并且配合在特定位置设置的全反射结构，可以降低逆向反射，同时提高在整个产品上的光电转换结构上的光强分布均匀度，从而实现整体的均匀稳定发电，并且提高光伏发电的单位效率，使得光伏板的太阳能利用效率高，发电效率高，同时具有良好的散热性能，使用寿命长，在寿命期限内效率稳定，不易发生损坏。
附图说明
图1、本实施例中曲面太阳能光伏板的组件结构的一种实施方式的示意图。
附图标记列表：1、转换单元；2、单向透射组件；3、半反射组件。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
结构实施例1
本实施例中曲面太阳能光伏板，至少包括光电转换结构和光照调节结构，光电转换结构包括一个圆弧形的转换单元(转换单元的数量还可以为2个或者3个或者4个或者5个或者6个或者7个或者8个或者9个甚至更多个，在整个光电转换结构中可以排列成圆形阵列或者矩形阵列)，转换单元为瓦型且具有由光电转换结构指向光照调节结构方向的凸出结构(如型)，转换单元成转换单元的弧形结构的边沿部分相邻的阵列形态设置，光电转换结构和光照调节结构之间平行地层叠设置，其中光照调节结构对应于转换单元具有调节单元，每一个调节单元至少部分具有对光线的单向透射功能(即调节单元的某一个部分如中间部位或者边沿部位等具有单向透射功能，如设置有无色单向透射膜等)，并且该透射方向为由光照调节结构指向光电转换结构所在的方向。
在包括而不限于本方案中，还可以使具体产品的需要设置支架、集电装置等必要或者非必要结构，这里并非为本申请技术方案的必要限定，而不作明确的限定。
结构实施例2
本实施例中曲面太阳能光伏板，至少包括光电转换结构和光照调节结构，光电转换结构包括一个圆弧形的转换单元(转换单元的数量还可以为2个或者3个或者4个或者5个或者6个或者7个或者8个或者9个甚至更多个，在整个光电转换结构中可以排列成圆形阵列或者矩形阵列)，转换单元为瓦型且具有由光电转换结构指向光照调节结构方向的凸出结构(如型)，转换单元成转换单元的弧形结构的边沿部分相邻的阵列形态设置，光电转换结构和光照调节结构之间平行地层叠设置，其中光照调节结构对应于转换单元具有调节单元，调节单元包括一个单向透射组件和一个半反射组件，单向透射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分，半反射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分外侧的边沿部分。
结构实施例3
本实施例中曲面太阳能光伏板，至少包括光电转换结构和光照调节结构，光电转换结构包括一个圆弧形的转换单元1(转换单元的数量还可以为2个或者3个或者4个或者5个或者6个或者7个或者8个或者9个甚至更多个，在整个光电转换结构中可以排列成圆形阵列或者矩形阵列)，转换单元为瓦型且具有由光电转换结构指向光照调节结构方向的凸出结构(如型)，转换单元成转换单元的弧形结构的边沿部分相邻的阵列形态设置，光电转换结构和光照调节结构之间平行地层叠设置，其中光照调节结构对应于转换单元具有调节单元，调节单元包括一个单向透射组件2和两个个半反射组件3，单向透射组件设置在转换单元的弧形结构(为弧形瓦结构时)的凸起部分，半反射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分两侧的边沿部分，如图1所示示意。
结构实施例4
本实施例中曲面太阳能光伏板，至少包括光电转换结构和光照调节结构，光电转换结构包括一个圆弧形的转换单元(转换单元的数量还可以为2个或者3个或者4个或者5个或者6个或者7个或者8个或者9个甚至更多个，在整个光电转换结构中可以排列成圆形阵列或者矩形阵列)，转换单元为瓦型且具有由光电转换结构指向光照调节结构方向的凸出结构(如型)，转换单元成转换单元的弧形结构的边沿部分相邻的阵列形态设置，光电转换结构和光照调节结构之间平行地层叠设置，其中光照调节结构对应于转换单元具有调节单元，调节单元包括两个单向透射组件(还可以具有更多个)和两个半反射组件(还可以具有更多个)，单向透射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分，半反射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分外侧的边沿部分。
结构实施例5
本实施例中曲面太阳能光伏板，至少包括光电转换结构和光照调节结构，光电转换结构包括一个圆弧形的转换单元(转换单元的数量还可以为2个或者3个或者4个或者5个或者6个或者7个或者8个或者9个甚至更多个，在整个光电转换结构中可以排列成圆形阵列或者矩形阵列)，转换单元为瓦型且具有由光电转换结构指向光照调节结构方向的凸出结构(如型)，转换单元成转换单元的弧形结构的边沿部分相邻的阵列形态设置，光电转换结构和光照调节结构之间平行地层叠设置，其中光照调节结构对应于转换单元具有调节单元，调节单元包括一个单向透射组件和一个半反射组件，单向透射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分，半反射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分外侧的边沿部分，单向透射组件具有一层的单向透射膜。
结构实施例6
本实施例中曲面太阳能光伏板，至少包括光电转换结构和光照调节结构，光电转换结构包括一个圆弧形的转换单元(转换单元的数量还可以为2个或者3个或者4个或者5个或者6个或者7个或者8个或者9个甚至更多个，在整个光电转换结构中可以排列成圆形阵列或者矩形阵列)，转换单元为瓦型且具有由光电转换结构指向光照调节结构方向的凸出结构(如型)，转换单元成转换单元的弧形结构的边沿部分相邻的阵列形态设置，光电转换结构和光照调节结构之间平行地层叠设置，其中光照调节结构对应于转换单元具有调节单元，调节单元包括一个单向透射组件和两个个半反射组件，单向透射组件设置在转换单元的弧形结构(为弧形瓦结构时)的凸起部分，半反射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分两侧的边沿部分，如图1所示，单向透射组件具有两层叠合设置的单向透射膜：该两层单向透射膜时其层叠设置且每一层的透射方向均为由光照调节结构指向光电转换结构所在的方向。
结构实施例7
本实施例中曲面太阳能光伏板，至少包括光电转换结构和光照调节结构，光电转换结构包括一个圆弧形的转换单元(转换单元的数量还可以为2个或者3个或者4个或者5个或者6个或者7个或者8个或者9个甚至更多个，在整个光电转换结构中可以排列成圆形阵列或者矩形阵列)，转换单元为瓦型且具有由光电转换结构指向光照调节结构方向的凸出结构(如型)，转换单元成转换单元的弧形结构的边沿部分相邻的阵列形态设置，光电转换结构和光照调节结构之间平行地层叠设置，其中光照调节结构对应于转换单元具有调节单元，调节单元包括两个单向透射组件(还可以具有更多个)和两个半反射组件(还可以具有更多个)，单向透射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分，半反射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分外侧的边沿部分，单向透射组件具有三层(还可以具有更多层)叠合设置的单向透射膜：该三层(具有更多层时)单向透射膜时其层叠设置且每一层的透射方向均为由光照调节结构指向光电转换结构所在的方向。
与包括而不限于上述实施例相区别的，当单向透射组件具有多层单向透射膜时其层叠设置且每一层的透射方向均为由光照调节结构指向光电转换结构所在的方向但并不全部相同(即包括每一层的透射方向均不相同或者有部分相同的情形；部分相同时，相同的单向透射膜可以相同设置也可以间隔设置)。
与包括而不限于上述实施例相区别的，当单向透射组件具有多层单向透射膜时其层叠设置且每一层的透射方向均相同。
与包括而不限于上述实施例相区别的，光照调节结构与光电转换结构最接近的内侧设置有向光电转换结构所在侧全反射的全反射结构。
与包括而不限于上述实施例相区别的，曲面太阳能光伏板还包括EVA层，其为外露表面包覆有隔氧层的高散热热稳定改性EVA塑胶层，EVA层贴合于光电转换结构背部。
以下有关EVA层的实施例可以分别单独或者同时地使用于包括而不限于上述结构实施例中所描述的技术方案，而不超出本发明要求的范围。
EVA层实施例1
本实施例中EVA层的高散热热稳定改性EVA塑胶层的组成包括(以重量份计)：乙烯-醋酸乙烯共聚物100份，交联固化剂1.5份，热稳定剂0.2份，导热剂9份，苯基乙烯基硅树脂15份。
EVA层实施例2
本实施例中EVA层的高散热热稳定改性EVA塑胶层的组成包括(以重量份计)：乙烯-醋酸乙烯共聚物100份，交联固化剂1.8份，热稳定剂0.5份，导热剂7份，苯基乙烯基硅树脂20份。
EVA层实施例3
本实施例中EVA层的高散热热稳定改性EVA塑胶层的组成包括(以重量份计)：乙烯-醋酸乙烯共聚物100份，交联固化剂1.2份，热稳定剂0.35份，导热剂8份，苯基乙烯基硅树脂18份。
EVA层实施例4
本实施例中EVA层的高散热热稳定改性EVA塑胶层的组成包括(以重量份计)：乙烯-醋酸乙烯共聚物100份，交联固化剂2份，热稳定剂0.4份，导热剂10份，苯基乙烯基硅树脂19份。
EVA层实施例5
本实施例中EVA层的高散热热稳定改性EVA塑胶层的组成包括(以重量份计)：乙烯-醋酸乙烯共聚物100份，交联固化剂1份，热稳定剂0.3份，导热剂5份，苯基乙烯基硅树脂16份。
与EVA层实施例1-5相区别地，EVA层还可以包括经过偶联剂预处理的多孔材料，多孔材料包括多孔氧化锌粉末和多孔氧化铝粉末，在导热剂中其组成包括(以重量份数计)多孔氧化锌粉末10份(还可以为11、12、13、14、15、16、17、18、19、20以及10-20份之间其它任意值)；多孔氧化铝粉末20份(还可以为21、22、23、24、25、26、27、28、29、30以及20-30份之间其它任意值)。
与前述实施例相区别地，多孔材料还包括经过偶联剂预处理的泡沫铝镁合金粉(以重量份数计)10份(还可以为11、12、13、14、15、11.7、13.4、14.2以及10-15份之间其它任意值)。
与前述实施例相区别地，偶联剂预处理为将多孔材料经偶联剂溶液蒸汽充分浸润，浸润的程度为在溶剂被蒸发后多孔材料表面形成偶联剂薄层。
本发明技术方案制得的曲面太阳能光伏板，在广州珠海区测试点于夏季无云，室温30摄氏度以上，微风1-2级条件下测试。
以结构实施例1和EVA层实施例1共同构成的实施方式11，经过测试，由本方案得到的太阳能电池在25摄氏度时效率最高，输出功率最大；在25摄氏度下，经过测试证明光强越强功率越高，同时，在同等光照条件以及同等电池面积条件下，输出功率与现有技术产品相比较提升20％以上(如单晶硅片规格125*62.5mm，片数4*9＝36，辐照度1000W/m2，环境温度25℃，AM＝15时：现有技术太阳能电池的功率约为50W，功率公差范围：±3％；本申请技术的实施方式11的太阳能电池的功率约为65W，功率公差范围：±2.5％。经过测试，本申请其它实施方案均满足本处性能测试，并且测试性能不低于本处同等条件下所示)。本处结论同样适用于本发明技术方案包括而不限于上述实施例组成的技术方案在内的所有技术方案，本文不再一一列举。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种曲面太阳能光伏板，至少包括光电转换结构和光照调节结构，所述光电转换结构包括至少一个圆弧形的转换单元，所述转换单元为瓦型且具有由光电转换结构指向光照调节结构方向的凸出结构，所述转换单元成转换单元的弧形结构的边沿部分相邻的阵列形态设置，所述光电转换结构和光照调节结构之间平行地层叠设置，其中光照调节结构对应于转换单元具有调节单元，所述每一个调节单元至少部分具有对光线的单向透射功能，并且该透射方向为由光照调节结构指向光电转换结构所在的方向。
2.根据权利要求1所述的曲面太阳能光伏板，其特征在于，所述调节单元包括至少一个单向透射组件和至少一个半反射组件，所述单向透射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分，所述半反射组件设置在转换单元的弧形结构的凸起部分外侧的边沿部分。
3.根据权利要求1或2所述的曲面太阳能光伏板，其特征在于，所述单向透射组件包括至少一层的单向透射膜：当具有多层单向透射膜时其层叠设置且每一层的透射方向均为由光照调节结构指向光电转换结构所在的方向。
4.根据权利要求3所述的曲面太阳能光伏板，其特征在于，所述当单向透射组件具有多层单向透射膜时其层叠设置且每一层的透射方向均相同。
5.根据权利要求1-2任一所述的曲面太阳能光伏板，其特征在于，所述光照调节结构上与光电转换结构最接近的内侧设置有向光电转换结构所在侧全反射的全反射结构。
6.根据权利要求5所述的曲面太阳能光伏板，其特征在于，所述曲面太阳能光伏板还包括EVA层，其为外露表面包覆有隔氧层的高散热热稳定改性EVA塑胶层，所述EVA层贴合于光电转换结构背部。
7.根据权利要求6所述的曲面太阳能光伏板，其特征在于，所述EVA层的高散热热稳定改性EVA塑胶层的组成包括，以重量份计：乙烯-醋酸乙烯共聚物100份，交联固化剂1-2份，热稳定剂0.2-0.5份，导热剂5-10份，苯基乙烯基硅树脂15-20份。
8.根据权利要求7所述的曲面太阳能光伏板，其特征在于，所述EVA层的高散热热稳定改性EVA塑胶层中导热剂包括经过偶联剂预处理的多孔材料，所述多孔材料包括多孔氧化锌粉末和多孔氧化铝粉末，在导热剂中其组成包括，以重量份数计：多孔氧化锌粉末10-20份；多孔氧化铝粉末20-30份。
9.根据权利要求8所述的曲面太阳能光伏板，其特征在于，所述EVA层的高散热热稳定改性EVA塑胶层中导热剂的多孔材料还包括经过偶联剂预处理的泡沫铝镁合金粉10-15重量份。
10.根据权利要求9所述的曲面太阳能光伏板，其特征在于，所述偶联剂预处理为将多孔材料经偶联剂溶液蒸汽充分浸润，浸润的程度为在溶剂被蒸发后多孔材料表面形成偶联剂薄层。
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