CN109326514B - 一种选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,其主要由下述重量份的原料制成:溶剂5‑20份;增稠剂1‑5份;无机粘结剂1‑5份,功能性添加剂1‑5份,银粉70‑90份。相应的,本发明还公开了一种上述浆料的制备方法。本发明使用印刷法制备掺杂用的浆料来取代高成本的激光,采用本发明中的磷掺杂浆料,有助于提升生产良率,更有助于提高太阳能电池电性能。

Description

一种选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池制备领域,尤其涉及一种选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种有效地吸收太阳光子能量,利用光电转换效应把光能转换成电能的器件。当太阳能光照到太阳电池表面时,太阳电池中的PN结有效将太阳中的光子能量吸收,利用PN结中固有的内建电场,电子和空穴发生分离,在利用电极将电子引出,外界形成回路,于是太阳能电池在光照下完成电能的输出。
目前,制备高效太阳能电池中的方法就有实现发射极选择性掺杂,在太阳能电池正面的N型薄层中一定区域内选择性地重掺入磷元素,从而改善银电极与硅基底的欧姆接触性能,从而实现低的欧姆接触和高效率电性能的输出。一般性的,使用激光在扩散后的硅片表面完成激光掺杂,然后在激光掺杂过的图形表面印刷烧结正面银电极,从而实现高效率电性能的输出。激光掺杂的方法有两个缺点,一方面激光器件成本较高,另一方面后续正面银电极印刷时难以准确对位激光图形,造成实际生产中不良率较高。
一种解决方式是采用印刷法,具体的是将磷掺杂浆料在印刷在硅基片上,以完成扩散。然而这种方法对磷掺杂浆料的性能要求高,需要具有适宜的粘度,印刷性良好;而传统的掺杂磷浆料平流性与触变性均不理想,无法满足印刷需求,良品率低;同时传统的浆料由于稳定性差,储存时间短,增加了生产成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,其粘度适宜,可印刷性强;同时其能够实现电极与硅基底的欧姆接触,提升太阳能电池效率。
本发明还要解决的技术问题在于,提供一种上述选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料的制备方法。
本发明还要解决的技术问题在于,提供一种选择性发射极太阳能电池的制备方法。
为了解决上述技术问题,达到相应的技术效果,本发明提供了一种选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,其主要由下述重量份的原料制成:
溶剂5-20份;增稠剂1-5份;无机粘结剂1-5份,功能性添加剂1-5份,银粉70-90份;
其中,所述功能性添加剂按照重量份计包括:气相二氧化硅10-20份,聚烯烃蜡20-30份,改性氢化蓖麻油20-30份,还原剂30-50份,有机磷化合物10-40份。
作为上述技术方案的改进,所述溶剂选自无水乙醇,松油醇,二甲苯,乙二醇单丁醚,乙二醇丙醚,丙酮中的一种或组合;所述增稠剂选自纤维素醚。
作为上述技术方案的改进,所述功能性添加剂包括以下组份:所述溶剂为松油醇;所述增稠剂选自甲基纤维素、乙基纤维素,羟丙基甲基纤维素中的一种或组合。
作为上述技术方案的改进,所述还原剂选自柠檬酸钠,柠檬酸三钠,甲醛,磷酸氢二钾中的一种或组合。
作为上述技术方案的改进,所述的有机磷化合物选自三烷基膦,正磷酸酯,磷酸三甲酯中的一种或组合。
作为上述技术方案的改进,所述无机粘结剂按照重量份数计包括:三氧化二硼2-3份,三氧化二铝1-2份,氧化锂0-2份,二氧化硅0-4份,五氧化二磷4-8份,五氧化二钒0-40份,氧化锌30-50份,氧化铅30-40份,氧化钛5-10份,氧化钾5-8份。
作为上述技术方案的改进,所述无机粘结剂的粒径分布为:0.2-0.5μm颗粒占比20-30wt%,0.5-2μm颗粒占比50-70wt%,2-10μm颗粒占比10-30wt%。
作为上述技术方案的改进,所述银粉的粒径分布为:0.2-1μm颗粒占比10-30wt%,1-3μm粒径银粉占比40-50wt%,3-10μm粒径银粉40-50wt%。
相应的,本发明还提供了一种上述选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料的制备方法,其包括:
(1)将溶剂与增稠剂充分混合得到有机载体;
(2)在有机载体中依次加入无机粘结剂、功能性添加剂、银粉并充分混合得到中间浆料;
(3)将中间浆料研磨后得到选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料成品。
相应的,本发明还提供了一种选择性发射极太阳能电池的制备方法,其包括:
(1)将硅片进行预处理;
(2)进行磷扩散制结;
(3)在硅片表面制备减反射膜;
(4)将选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料印刷至硅片表面,烘干;
(5)印刷电极,烧结后得到成品选择性发射极太阳能电池。
本发明采用合理的溶剂、增稠剂、功能添加剂、银粉制备得到了选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,实施本发明的有益效果有:
1.本发明通过增稠剂与溶剂的协同作用,制备得到了粘度适宜的浆料,增强了浆料的可印刷性;同时通过银粉与其他有效组分的复合,使得在烧成过程中,能够有效地实现磷的二次掺杂,改善银电极与硅基底的欧姆接触,从而提升了太阳能电池的输出效率。
2.本发明通过合理的功能添加剂的添加,与主体成分复合,改善了磷掺杂浆料的流平性与触变性,方便了印刷;通过按照比例添加气相二氧化硅、聚烯烃蜡、改性氢化蓖麻油,有效提升了浆料的流平性与触变性;从而进一步提升了浆料的化学稳定性;同时本发明的浆料中还添加了抗氧化的还原剂,进一步增强了浆料的化学稳定性,便于浆料长期保存。
3.本发明中的磷掺杂浆料制备方法简单,制备得到的浆料可长时间储存,有效降低了生产成本,有利于产业化推广。
4.本发明中的磷掺杂浆料使用方法简单,仅需在印刷电极前增加一道印刷即可,相较于激光重掺杂工艺,其良率大幅度提高。同时,采用本发明中磷掺杂浆料进行重掺杂制备得到的太阳能电池,其输出效率较普通选择性发射极太阳能电池的高,具有明显的产业化优势。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供了一种选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,其主要以下述重量份的原料制成:溶剂5-20份;增稠剂1-5份;无机粘结剂1-5份,功能性添加剂1-5份,银粉70-90份;
其中,溶剂选自无水乙醇,松油醇,二甲苯,乙二醇单丁醚,乙二醇丙醚,丙酮中的一种或组合;其均为有机试剂;增稠剂选自纤维素醚;纤维素醚能够溶解于上述溶剂之中,并且具有一定的热塑性。通过纤维素醚与有机溶剂的协同作用,可有效地控制浆料的粘度,得到粘度适宜的浆料,增强了浆料的可印刷性。溶剂的加入量为1-20份;优选的为5-20份;进一步优选的为5-15份;增稠剂的加入量为0.1-10份,优选的为1-5份,进一步优选的为1-3份。
其中,磷掺杂浆料还包括了无机粘结剂、功能添加剂与银粉;无机粘结剂在后续烧成过程中在高温下熔化,使得浆料能够与硅基片有效接触,完成重掺杂;其加入量为1-10份,优选为1-5份,进一步优选为1-3份。浆料的主体成分为银,能够与印刷电极过程中的银浆料良好相容,同时通过银粉与其他有效组分的复合,使得在烧成过程中,能够有效的实现磷的二次掺杂,改善银电极与硅基底的欧姆接触,从而实现低欧姆接触,和高效率性能输出的目的;银粉的加入量为50-95份,优选的为70-90份,进一步优选的为70-80份。功能性添加剂主要用于调整浆料的其他性质,如流平性等;其加入量为0.1-10份,优选为1-8份,进一步优选为3-5份。
优选的,本发明中的溶剂选用为松油醇;松油醇是一种优良的溶剂,其可有效的溶解配方中的其他组分,形成粘度适宜的浆料。同时其沸点214-224℃,在后续的烧成过程中,可有效移除,不会对电池性能产生影响。优选的,增稠剂选择甲基纤维素、乙基纤维素,羟丙基甲基纤维素中的一种或组合。这些种类的纤维素醚可与有机溶剂良好的耦合,增加浆料的粘度;使得浆料保持在有利的粘度范围内。
优选的,所述功能添加剂主要由以下重量份的原料制成:气相二氧化硅10-20份,聚烯烃蜡20-30份,改性氢化蓖麻油20-30份,还原剂30-50份,有机磷化合物10-40份。
其中,气相二氧化硅(白炭黑)是一种粒度极小的无机新材料,其具有特殊的触变性能;具有良好的补强、增稠、触变、消光、抗紫外线和杀菌等多种作用。在本发明中的配方中,气相二氧化硅的存在能够有效的调节浆料的触变性能;气相二氧化硅的加入量为5-20份,优选的为10-20份,进一步优选为10-15份。
聚烯烃蜡在常温下呈蜡状,其具有良好的热稳定性、可有效增强浆料的浸润和粘附性能。本发明的功能添加剂中,聚烯烃蜡的加入量为10-30份,优选的为20-30份。
改性氢化蓖麻油是一种有机触变剂,可用来控制溶剂型体系的流变特性,非常有利于浆料的悬浮。同时可控制流动性和流平性,使得浆料具备优异的存储稳定性。本发明的功能添加剂中,改性氢化蓖麻油的加入量为10-30份,优选的为20-30份。
优选的,还原剂选自柠檬酸钠,柠檬酸三钠,甲醛,磷酸氢二钾中的一种或组合;功能添加剂中含有少量的还原剂能够增强其防腐性能,使得浆料具有更好的防腐性能,延长其储存时间。优选的,所述还原剂选用甲醛,甲醛能够有效的溶解本发明中的溶剂中,充分发挥防腐作用。本发明的功能添加剂中,还原剂的加入量30-50份,优选的为30-40份。
优选的,所述有机磷化合物选自三烷基膦,正磷酸酯,磷酸三甲酯中的一种或组合。有机磷化合物在烧成过程中,能够实现重掺杂,有效提升了银电极与硅基体欧姆接触,从而提升了太阳能电池效率。本发明的功能添加剂中,有机磷化合物的加入量为20-50份,优选的为10-40份,优选的为10-30份。添加有机磷化合物的作用。
无机粘结剂按照重量份数计包括:三氧化二硼2-3份,三氧化二铝1-2份,氧化锂0-2份,二氧化硅0-4份,五氧化二磷4-8份,五氧化二钒0-40份,氧化锌30-50份,氧化铅30-40份,氧化钛5-10份,氧化钾5-8份。无机粘结剂可在银粉和硅片之间形成合金时起到促熔作用,使得电极银和硅片之间建立良好的欧姆接触。优选的,所述无机粘结剂的粒径分布为:0.2-0.5μm颗粒占比20-30wt%,0.5-2μm颗粒占比50-70wt%,2-10μm颗粒占比10-30wt%;为了充分发挥无机粘结剂在烧结过程中的助熔作用,需要将无机粘结剂在浆料中充分分散,控制无机粘接剂的粒径分布能够有效的控制无机粘结剂在浆料中的悬浮,使得无机粘结剂均匀分散在浆料之中,在后续烧结过程中更有效的助熔。
为了促进银粉与硅基体的充分接触,在本发明中,控制了银粉的粒径分布;所述银粉的粒径分布为:0.2-1μm颗粒占比10-30wt%,1-3μm粒径银粉占比40-50wt%,3-10μm粒径银粉40-50wt%;这种粒径配比的银粉在制备浆料的过程中能够充分分散在浆料之中,在后续烧结过程中保证银粉与硅基体的充分接触。
相应的,本发明还提供了一种上述选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料的制备方法,其包括:
(1)将溶剂与增稠剂充分混合得到有机载体;
具体的,将溶剂与增稠剂加入搅拌罐中,加入水后以一定速度搅拌至溶剂与增稠剂充分混合;优选的,在搅拌过程中保持温度为50-70℃;一定程度的升高温度能够加快溶剂与增稠剂的溶解。优选的,在搅拌完成后,进行过滤,过滤完成后得到有机载体。
(2)在有机载体中依次加入无机粘结剂、功能性添加剂、银粉并充分混合得到中间浆料;
具体的,将有机载体投入搅拌罐,并依次投入无机粘结剂、功能添加剂、银粉并充分搅拌。优选的,在搅拌过程中,控制搅拌罐温度为50-70℃,在较高的温度下,溶剂与增稠剂的粘度较小,使得无机粘结剂、功能性添加剂以及银粉能够更加容易的分散。
(3)将中间浆料研磨后得到选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料成品。
具体的,在辊轧机中完成研磨,在研磨过程中,保持温度为20-30℃;优选的,辊轧机完成研磨后,将浆料过500目筛网后得到掺杂浆料成品。
相应的,本发明还提供了一种选择性发射极太阳能电池的制备方法,其包括:
(1)将硅片进行预处理;
其主要包括,将硅片清洁、制绒;
(2)进行磷扩散制结;
(3)在硅片表面制备减反射膜;
(4)将选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料印刷至硅片表面,烘干;
具体的,将浆料采用丝网印刷的方式印刷到硅片上,然后烘干;优选的,烘干温度为300℃。
(5)印刷电极,烧结后得到成品选择性发射极太阳能电池。
下面结合具体的实施例对本发明的特征做进一步的描述。
实施例1
磷掺杂浆料配方:
溶剂15份,增稠剂3份,无机粘结剂2份,功能性添加剂4份,银粉85份。
其中溶剂为丙酮;增稠剂为甲基纤维素;
功能添加剂包括:气相二氧化硅15份;聚烯烃蜡26份;改性氢化蓖麻油25份;还原剂29份;有机磷化合物25份;其中,还原剂选用柠檬酸三钠;有机磷化合物选用磷酸三甲酯;
无机粘结剂包括:三氧化二硼3份,三氧化二铝1份,氧化锂1份,二氧化硅3份,五氧化二磷5份,五氧化二钒21份,氧化锌42份,氧化铅31份,氧化钛6份,氧化钾8份。
制备方法:
(1)将溶剂与增稠剂充分混合得到有机载体;
其中,混合过程中,控制温度为55-60℃;
(2)在有机载体中依次加入无机粘结剂、功能性添加剂、银粉并充分混合得到中间浆料;
(3)将中间浆料研磨后得到选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料成品。
在辊轧机中完成研磨,在研磨过程中,保持温度为20-30℃;辊轧机完成研磨后,将浆料过500目筛网后得到掺杂浆料成品。
实施例2
磷掺杂浆料配方:
溶剂20份,增稠剂4份,无机粘结剂4份,功能性添加剂3份,银粉77份。
其中溶剂为松油醇;增稠剂为乙基纤维素;
功能添加剂包括:气相二氧化硅12份;聚烯烃蜡30份;改性氢化蓖麻油28份;还原剂36份;有机磷化合物33份;其中,还原剂选用柠檬酸钠;有机磷化合物选用磷酸三甲酯;
无机粘结剂包括:三氧化二硼2.5份,三氧化二铝2份,二氧化硅4份,五氧化二磷3份,五氧化二钒30份,氧化锌48份,氧化铅30份,氧化钛8份,氧化钾3份。
制备方法:
(1)将溶剂与增稠剂充分混合得到有机载体;
其中,混合过程中,控制温度为55-60℃;
(2)在有机载体中依次加入无机粘结剂、功能性添加剂、银粉并充分混合得到中间浆料;
(3)将中间浆料研磨后得到选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料成品。
在辊轧机中完成研磨,在研磨过程中,保持温度为20-30℃;辊轧机完成研磨后,将浆料过500目筛网后得到掺杂浆料成品。
实施例3
磷掺杂浆料配方:
溶剂15份,增稠剂4份,无机粘结剂5份,功能性添加剂3份,银粉74份。
其中溶剂为二甲苯;增稠剂为甲基纤维素;
功能添加剂包括:气相二氧化硅18份;聚烯烃蜡22份;改性氢化蓖麻油22份;还原剂35份;有机磷化合物18份;其中,还原剂选用甲醛;有机磷化合物选用三烷基膦;
无机粘结剂包括:三氧化二硼2份,三氧化二铝1份,五氧化二磷4份,五氧化二钒30份,氧化锌48份,氧化铅30份,氧化钛8份,氧化钾3份。
控制无机粘结剂的粒径配比为:0.2-0.5μm颗粒占比25wt%,0.5-2μm颗粒占比55wt%,2-10μm颗粒占比20wt%。
制备方法:
(1)将溶剂与增稠剂充分混合得到有机载体;
其中,混合过程中,控制温度为55-60℃;
(2)在有机载体中依次加入无机粘结剂、功能性添加剂、银粉并充分混合得到中间浆料;
(3)将中间浆料研磨后得到选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料成品。
在辊轧机中完成研磨,在研磨过程中,保持温度为20-30℃;辊轧机完成研磨后,将浆料过500目筛网后得到掺杂浆料成品。
实施例4
磷掺杂浆料配方:
溶剂13.05份,增稠剂1.95份,无机粘结剂3份,功能性添加剂5份,银粉77份。
其中溶剂为松油醇;增稠剂为乙基纤维素;
其中银粉的粒径分布为:0.2-1um粒径银粉10wt%,1-3um粒径银粉45wt%,3-10um粒径银粉45wt%。
功能添加剂包括:气相二氧化硅13份;聚烯烃蜡21份;改性氢化蓖麻油22份;还原剂32份;有机磷化合物12份;其中,还原剂选用柠檬酸三钠;有机磷化合物选用正磷酸酯;
无机粘结剂包括:三氧化二硼2份,三氧化二铝1.5份,二氧化硅4份,五氧化二磷8份,氧化锌39.5份,氧化铅30份,氧化钛8份,氧化钾7份。
制备方法:
(1)将溶剂与增稠剂充分混合得到有机载体;
其中,混合过程中,控制温度为55-60℃;
(2)在有机载体中依次加入无机粘结剂、功能性添加剂、银粉并充分混合得到中间浆料;
(3)将中间浆料研磨后得到选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料成品。
在辊轧机中完成研磨,在研磨过程中,保持温度为20-30℃;辊轧机完成研磨后,将浆料过500目筛网后得到掺杂浆料成品。
将实施例中的浆料进行粘度测定;将实施例中的浆料印刷到硅片上,并在300℃下干燥后,印刷电极,并在805℃下烧成后测试其电性能。其结果如表1所示。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
粘度(Pa·s) 45 44 48 55
转化效率 21.52% 21.56% 21.57% 21.59%
将实施例4中的磷掺杂浆料进行量产实验,并与激光重掺杂工艺进行对比,其结果如表2所示。由表2可见,本发明所制备的太阳能电池良率要比一般的激光掺杂型高出3.68%,而且Eta(输出效率)要高出0.09%,欧姆接触明显优于一般的激光掺杂型,具有明显的产业化优势。
表2
数量 Uoc Isc Rs Rsh FF Eta Irev2 良率
实施例4 5000片 0.6705 9.737 0.00213 707 80.8% 21.59% 0.057 95.13%
对比例 5000片 0.6700 9.733 0.00215 685 80.67% 21.50% 0.057 91.45%
以上所述仅为本发明的较佳实例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所做作的任何修改,等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,其特征在于,其主要由下述重量份的原料制成:
溶剂5-20份,增稠剂1-5份,无机粘结剂1-5份,功能性添加剂1-5份,银粉70-90份;
其中,所述无机粘结剂按照重量份数计包括:三氧化二硼2-3份,三氧化二铝1-2份,氧化锂0-2份,二氧化硅0-4份,五氧化二磷4-8份,五氧化二钒0-40份,氧化锌30-50份,氧化铅30-40份,氧化钛5-10份,氧化钾5-8份;
所述功能性添加剂按照重量份计包括:气相二氧化硅10-20份,聚烯烃蜡20-30份,改性氢化蓖麻油20-30份,还原剂30-50份,有机磷化合物10-40份。
2.如权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,其特征在于,所述溶剂选自无水乙醇,松油醇,二甲苯,乙二醇单丁醚,乙二醇丙醚,丙酮中的一种或组合;所述增稠剂选自纤维素醚。
3.如权利要求2所述的选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,其特征在于,所述的功能性添加剂包括以下组份:所述溶剂为松油醇;所述增稠剂选自甲基纤维素、乙基纤维素,羟丙基甲基纤维素中的一种或组合。
4.根据权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,其特征在于,所述还原剂选自柠檬酸钠,柠檬酸三钠,甲醛,磷酸氢二钾中的一种或组合。
5.如权利要求4所述的选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,其特征在于,所述的有机磷化合物选自三烷基膦,正磷酸酯,磷酸三甲酯中的一种或组合。
6.如权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,其特征在于,所述无机粘结剂的粒径分布为:0.2-0.5μm颗粒占比20-30wt%,0.5-2μm颗粒占比50-70wt%,2-10μm颗粒占比10-30wt%。
7.如权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,其特征在于,所述银粉的粒径分布为:0.2-1μm颗粒占比10-30wt%,1-3μm粒径银粉占比40-50wt%,3-10μm粒径银粉40-50wt%。
8.一种选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料的制备方法,其特征在于,包括:
(1)将溶剂与增稠剂充分混合得到有机载体;
(2)在有机载体中依次加入无机粘结剂、功能性添加剂、银粉并充分混合得到中间浆料;
(3)将中间浆料研磨后得到选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料成品;
其中,所述无机粘结剂按照重量份数计包括:三氧化二硼2-3份,三氧化二铝1-2份,氧化锂0-2份,二氧化硅0-4份,五氧化二磷4-8份,五氧化二钒0-40份,氧化锌30-50份,氧化铅30-40份,氧化钛5-10份,氧化钾5-8份;
所述功能性添加剂按照重量份计包括:气相二氧化硅10-20份,聚烯烃蜡20-30份,改性氢化蓖麻油20-30份,还原剂30-50份,有机磷化合物10-40份。
9.一种选择性发射极太阳能电池的制备方法,其特征在于,包括:
(1)将硅片进行预处理;
(2)进行磷扩散制结;
(3)在硅片表面制备减反射膜;
(4)将选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料印刷至硅片表面,烘干;
(5)印刷电极,烧结后得到成品选择性发射极太阳能电池;
所述选择性发射极太阳能电池磷掺杂浆料,主要由下述重量份的原料制成:
溶剂5-20份,增稠剂1-5份,无机粘结剂1-5份,功能性添加剂1-5份,银粉70-90份;
其中,所述无机粘结剂按照重量份数计包括:三氧化二硼2-3份,三氧化二铝1-2份,氧化锂0-2份,二氧化硅0-4份,五氧化二磷4-8份,五氧化二钒0-40份,氧化锌30-50份,氧化铅30-40份,氧化钛5-10份,氧化钾5-8份;
所述功能性添加剂按照重量份计包括:气相二氧化硅10-20份,聚烯烃蜡20-30份,改性氢化蓖麻油20-30份,还原剂30-50份,有机磷化合物10-40份。
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