DE102019121160A1 - Verbundklebefilm für photovoltaikzelle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart einen Verbundklebefilm für eine Photovoltaikzelle, umfassend: eine Mischung aus EVA und einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer, ein Vernetzungsmittel, einen Lichtstabilisator mit einer Piperidinstruktur und eine Carbodiimidverbindung. Das Ethylen-α-Olefin-Copolymer ist in einer Menge von 50-90 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer, enthalten.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundklebefilm für eine Photovoltaikzelle auf Basis einer Mischung aus einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer und einem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA) sowie eine Photovoltaikzelle, die unter Verwendung des Klebefilms versiegelt wird.
- HINTERGRUND
- Zu Beginn dieses Jahrhunderts hat Sonnenenergie als erneuerbare alternative Energiequelle für fossile Brennstoffe breite Aufmerksamkeit gefunden. Insbesondere in den letzten Jahren haben sich aus Gründen des Umweltschutzes hergestellte Photovoltaik-Zellenbaugruppen in verschiedenen Gebieten rasch ausgebreitet.
- Die Photovoltaikzelle wird in der Regel durch nacheinander Laminieren eines transparenten Schutzelements einer Glassubstratoberfläche, eines oberflächenseitigen Klebefilms für die Photovoltaikzelle, einer Photovoltaikzelleneinheit wie beispielsweise eines Silikon-Stromerzeugungselements, eines rückseitigen Klebefilms für die Photovoltaikzelle und eines rückseitigen Schutzelements hergestellt.
- Als Klebefilm zum Versiegeln bei einer solchen Photovoltaikzelle wird im Allgemeinen ein Klebefilm verwendet, der hergestellt wird, indem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer mit ausgezeichneter Haftung und Transparenz als Hauptkomponente verwendet wird, der ein Vernetzungsmittel wie beispielsweise ein organisches Peroxid beigemengt wird. Im Hinblick auf die Verbesserung des Wirkungsgrades der Stromerzeugung ist es dringend erwünscht, das auf eine Photovoltaikzelle auftreffende Licht so effizient wie möglich in eine Photovoltaikzelleneinheit aufzunehmen. Daher ist der EVA-Dünnfilm zum Versiegeln wünschenswerterweise ein EVA-Dünnfilm, der eine möglichst hohe Transparenz aufweist, der das auftreffende Sonnenlicht nicht absorbiert oder reflektiert und das gesamte Sonnenlicht im Wesentlichen durchlässt.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Angesichts der vorstehenden Probleme im Stand der Technik soll die vorliegende Erfindung einen Klebefilm für die Versiegelung von Photovoltaikzellen bereitstellen, der Korrosion vermeiden und Vergilbung wirksam unterdrücken kann und eine gute Isolationseigenschaft aufweist. Darüber hinaus soll die vorliegende Erfindung auch eine Photovoltaikzelle bereitstellen, die zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Stromerzeugung beiträgt und ein gutes Erscheinungsbild sowie eine Isolationseigenschaft aufweist, indem der Klebefilm der vorliegenden Erfindung genutzt wird.
- Um die vorstehende Aufgabe zu verwirklichen, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung intensive Untersuchungen durchgeführt und festgestellt, dass durch Verwendung einer Mischung aus EVA und einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer als Polymergrundmaterial, dem ein Vernetzungsmittel, eine bestimmte Menge an Carbodiimidverbindung und ein Lichtstabilisator mit einer bestimmten Struktur zugegeben wurden, eine Photovoltaikzelle mit gutem Erscheinungsbild und ausgezeichneter Isolationseigenschaft erhalten werden kann, während die Säurekorrosion vermieden und die Vergilbung wirksam unterdrückt werden kann.
- Im Einzelnen umfasst der Verbundklebefilm für eine Photovoltaikzelle der vorliegenden Erfindung eine Mischung aus EVA und einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer, einem Vernetzungsmittel, einem Lichtstabilisator und einer Carbodiimidverbindung.
- Das Ethylen-α-Olefin-Copolymer ist in einer Menge von 50-90 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer, enthalten.
- Der Verbundklebefilm für eine Photovoltaikzelle gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Compoundieren eines bestimmten Gehalts der Carbodiimidverbindung in dem EVA-Copolymer die in der Photovoltaikzelle erzeugte Säure ausreichend absorbieren und eine Korrosion des leitenden Drahts und der Elektrode verhindern, während die Vergilbung vermieden wird. Darüber hinaus ist es durch Kombinieren des Lichtstabilisators, der eine bestimmte Struktur aufweist, möglich, das Auftreten von Vergilbung wirksam zu unterbinden und die Licht- und Wärmebeständigkeit bei Langzeitnutzung zu verbessern.
- EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Der Klebefilm für die Photovoltaikzelle der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlich erläutert.
- Das in der vorliegenden Erfindung verwendete EVA-Copolymer ist nicht besonders beschränkt, und jedes einschlägig bekannte EVA-Copolymer kann verwendet werden. Als Beispiel kann das in der vorliegenden Erfindung verwendete EVA-Copolymer beispielsweise durch Copolymerisation bei Vorhandensein eines Radikalinitiators bei einer Temperatur von 100-300 °C bei Vorhandensein oder Fehlen eines Lösungsmittels oder eines Kettenübertragungsmittels hergestellt werden.
- Das Ethylen-α-Olefin-Copolymer der vorliegenden Erfindung kann durch Copolymerisation von Ethylen mit einem C3-20 α-Olefin erhalten werden. Als C3-20 α-Olefin können typischerweise Propylen, 1-Buten, 2-Buten, 1-Penten, 3-Methyl-1-buten, 3,3-Dimethyl-1-buten, 1-Hexen, 4-Methyl-1-penten, 3-Methyl-1-penten, 1-Octen, 1-Decen, 1-Dodecen und dergleichen verwendet werden.
- Das Ethylen-α-Olefin-Copolymer kann durch jedes einschlägig bekannte Verfahren hergestellt werden. Als Beispiel kann ein Produkt, das durch Polymerisation bei Vorhandensein eines Ziegler-Katalysators, einer Vanadiumverbindung, einer Metallocenverbindung und dergleichen als Katalysator erhalten wurde, verwendet werden.
- Bezogen auf 100 Gewichtsteilen der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer ist das Ethylen-α-Olefin-Copolymer in einer Menge von 50-90 Gewichtsteilen, vorzugsweise 50-88 Gewichtsteilen, bevorzugter 50-85 Gewichtsteilen und besonders bevorzugt 70-80 Gewichtsteilen enthalten.
- Als Vernetzungsmittel der vorliegenden Erfindung kann ein Vernetzungsmittel auf Basis eines organischen Peroxids verwendet werden.
- Als Vernetzungsmittel auf Basis eines organischen Peroxids wird typischerweise Peroxycarbonat verwendet.
- Als Beispiel kann das Peroxycarbonat gewählt werden aus der Gruppe bestehend aus 2-Methylamylmethylperoxycarbonat, 3-Methylamylmethylperoxycarbonat, 2-Ethylhexylmethylperoxycarbonat, 2-Methylpentylethylperoxycarbonat, 3-Methylpentylethylperoxycarbonat, 2-Ethylhexylethylperoxycarbonat, 2-Methylpentylpropylperoxycarbonat, 3-Methylamylpropylperoxycarbonat, 2-Ethylhexylpropylperoxycarbonat, 2-Methylpentyl-tert-butylperoxycarbonat, 3-Methylpentyl-tert-butylperoxycarbonat und 2-Ethylhexyl-tert-butylperoxycarbonat.
- Das Vernetzungsmittel wird typischerweise in einer Menge von 0,3-1,5 Gewichtsteilen, vorzugsweise 0,35-1,1 Gewichtsteilen, bevorzugter 0,4-0,55 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer, verwendet.
-
- Im Einzelnen sind R1, R2, R3 und R4 jeweils unabhängig gewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl und Butyl. R ist gewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Isopentyl, Hexyl, Heptyl, Heptyl, n-Octyl, iso-Octyl, tert-Octyl, Nonyl, iso-Nonyl, Decyl, Dodecyl, Hexadecyl, Heptadecyl oder Octadecyl.
- Der Lichtstabilisator ist in einer Menge von 0,2-2,0 Gewichtsteilen, vorzugsweise 0,5-1,5 Gewichtsteilen, bevorzugter 0,7-1,2 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer, enthalten. Wenn der Lichtstabilisator in einer Menge von weniger als 0,2 Gewichtsteilen enthalten ist, ist es schwierig, eine ausreichende Licht- und . Wärmebeständigkeit zu erhalten. Ist der Lichtstabilisator in einer Menge von mehr als 0,2 enthalten, kann eine Vergilbung des Klebefilms hervorgerufen werden.
- Die Carbodiimidverbindung der vorliegenden Erfindung weist typischerweise eine Struktur auf, die durch die folgende Formel dargestellt wird.
R5-N=C=N-(R6-N=C=N-)nR7 - Wobei R5 Cyclopentyl ist, R7 Phenyl ist, R6 Phenylen ist und n eine positive ganze Zahl von kleiner als 500 und bevorzugter eine ganze Zahl von 1-50 ist.
- Durch Compoundieren der Carbodiimidverbindung mit der obigen Struktur in dem EVA-Copolymer kann die in der Photovoltaikzelle erzeugte saure Substanz ausreichend absorbiert werden und eine ausgezeichnete Haltbarkeit erreicht werden.
- Die vorstehende Carbodiimidverbindung kann durch ein einschlägig bekanntes Verfahren hergestellt werden. Als Beispiel kann sie durch eine Entkarbonisierungskondensation mithilfe einer Diisocyanatverbindung als Rohstoff in einem Ketonlösungsmittel bei Vorhandensein eines Organophosphor-Katalysators hergestellt werden.
- Der Film der vorliegenden Erfindung enthält typischerweise 0,1-0,35 Gewichtsteile, vorzugsweise 0,1-0,25 Gewichtsteile, bevorzugter 0,15-0,22 Gewichtsteile der Carbodiimidverbindung, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer. Wenn das Carbodiimid in einer Menge von weniger als 0,1 Gewichtsteilen enthalten ist, kann die erzeugte Säure nicht ausreichend absorbiert werden, und es kann eine Korrosion der leitenden Drähte und der Elektroden verursacht werden. Wenn das Carbodiimid in einer Menge von mehr als 0,35 Gewichtsteilen enthalten ist, kann die Vergilbung verursacht werden.
- Der Photovoltaikzellen-Klebefilm der vorliegenden Erfindung kann nach einem gebräuchlichen Verfahren hergestellt werden und wird vorzugsweise durch Schmelzmischen durch eine Kalanderwalze, eine Knetvorrichtung, einen Banbury-Mischer, einen Extruder oder dergleichen hergestellt. Es ist besonders bevorzugt, ihn mit einem Extruder herzustellen, der in der Lage ist, eine kontinuierliche Fertigung vorzunehmen.
- Der Extrusionstemperaturbereich liegt vorzugsweise bei 110-140 °C. Wenn die Extrusionstemperatur unter 110 °C liegt, kann die Produktivität des Klebefilms der Photovoltaikzelle beeinträchtigt werden. Wenn die Extrusionstemperatur 140 °C übersteigt, kann die Gelierung auftreten, wenn die Mischung von einem Extruder extrudiert wird, um den Verbundklebefilm für eine Photovoltaikzelle zu erhalten.
- Als Beispiel für das Verfahren zur Herstellung des Verbundklebefilms für eine Photovoltaikzelle der vorliegenden Erfindung können beispielsweise ein Ethylen-α-Olefin-Copolymer und ein EVA-Copolymer mit den vorstehenden Additiven durch einen Henschel-Mischer oder einen Drehtrommelmischer gemischt und dem Extruder zugeführt werden, um ein plattenförmiges Erzeugnis zu bilden.
- Die Dicke des Klebefilms für eine Photovoltaikzelle der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders beschränkt, beträgt aber vorzugsweise 30 µm-3 mm.
- Beispiel 1
- 75 Gewichtsteile eines Ethylen-1-Buten-Copolymers (Ethylengehalt: 86 Mol-%, MFR=20 g/10 min, Dichte: 0,870 g/cm3), 25 Gewichtsteile EVA (Vinylacetatgehalt: 26 Masse-%, MFR=4,4 g/10 min)), 0,55 Gewichtsteile 2-Ethylhexyl-tert-butylperoxycarbonat, 0,2 Gewichtsteile Carbodiimidverbindung (CARBODILITE V-05, Nisshinbo Chemical Inc.) und 1,0 Gewichtsteile Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidin)sebacat wurden einer Walzmühle zugeführt und bei 75 °C gemischt, um eine Klebefilmzusammensetzung für eine Photovoltaikzelle herzustellen. Die Klebefilmzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und gekühlt, um den Klebefilm für eine Photovoltaikzelle mit einer Klebefilmdicke von 0,7 mm zu erhalten.
- Beispiel 2
- 81 Gewichtsteile eines Ethylen-1-Octylen-Copolymers (Ethylengehalt: 89 Mol-%, MFR=48 g/10 min, Dichte: 0,884 g/cm3), 19 Gewichtsteile EVA (Vinylacetatgehalt: 26 Masse-%, MFR=4,4 g/10 min)), 0,4 Gewichtsteile 2-Ethylhexyl-tert-butylperoxycarbonat, 0,13 Gewichtsteile Carbodiimidverbindung (CARBODILITE V-05, Nisshinbo Chemical Inc.) und 1,7 Gewichtsteile Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidin)sebacat wurden einer Walzmühle zugeführt und bei 75 °C gemischt, um eine Klebefilmzusammensetzung für Photovoltaikzellen herzustellen. Die Klebefilmzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und gekühlt, um den Klebefilm für eine Photovoltaikzelle mit einer Klebefilmdicke von 1,1 mm zu erhalten.
- Beispiel 3
- 84 Gewichtsteile eines Ethylen-1-Octylen-Copolymers (Ethylengehalt: 89 Mol-%, MFR=48 g/10 min, Dichte: 0,884 g/cm3), 16 Gewichtsteile EVA (Vinylacetatgehalt: 26 Masse-%, MFR=4,4 g/10 min)), 0,51 Gewichtsteile 2-Ethylhexyl-tert-butylperoxycarbonat, 0,25 Gewichtsteile Carbodiimidverbindung (CARBODILITE V-05, Nisshinbo Chemical Inc.), 1,0 Gewichtsteile Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidin)sebacat und 1,0 Gewichtsteile 1-Methyl-8-(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidin)sebacat wurden einer Walzmühle zugeführt und bei 75 °C gemischt, um eine Klebefilmzusammensetzung für eine Photovoltaikzelle herzustellen. Die Klebefilmzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und gekühlt, um den Klebefilm für eine Photovoltaikzelle mit einer Klebefilmdicke von 2,0 mm zu erhalten.
- Vergleichsbeispiel 1
- Eine Klebefilmzusammensetzung für Photovoltaikzellen wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, nur dass 100 Gewichtsteile des EVA-Copolymers als Grundmaterial verwendet wurden und das Ethylen-1-Buten-Copolymer nicht verwendet wurde. Die erhaltene Klebefilmzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und gekühlt, um einen Klebefilm für eine Photovoltaikzelle mit einer Klebefilmdicke von 2,6 mm zu erhalten.
- Vergleichsbeispiel 2
- Eine Klebefilmzusammensetzung für Photovoltaikzellen wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, nur dass das Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidin)sebacat nicht verwendet wurde. Die erhaltene Klebefilmzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und gekühlt, um einen Klebefilm für eine Photovoltaikzelle mit einer Klebefilmdicke von 1,5 mm zu erhalten.
- Vergleichsbeispiel 3
- Eine Klebefilmzusammensetzung für Photovoltaikzellen wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, nur dass die Carbodiimidverbindung nicht verwendet wurde. Die erhaltene Klebefilmzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und gekühlt, um einen Klebefilm für eine Photovoltaikzelle mit einer Klebefilmdicke von 1,9 mm zu erhalten.
- Bewertungsverfahren
-
- 1. Bruchzeit:
- Der erhaltene EVA-Dünnfilm wurde durch eine Lichtalterungstestvorrichtung (Tafeltemperatur: 63 °C, kein Wassernebel) einer Verschlechterung unterzogen, und die Bruchzeit (die für den Bruch benötigte Zeit) wurde alle 120 Stunden gemessen.
- 2. PID-Bewertung:
- Der vorstehend erhaltene Klebefilm für eine Photovoltaikzelle wurde als oberflächenseitiger Klebefilm und rückseitiger Klebefilm verwendet, Erwärmung und Druckbeaufschlagung wurden durchgeführt, falls die Einheiten für die Photovoltaikzelle zwischen einem oberflächenseitigen transparenten Schutzelement (Glasplatte) und einem rückseitigen Schutzelement (PET-Folie) sandwichartig angeordnet waren, um eine Photovoltaikzellen-Mikrobaugruppe herzustellen, bei der vier Einheiten für die Photovoltaikzelle verbunden waren. Für einen Modelltest zur Erzeugung eines PID-Phänomens wurde jede der erzeugten Photovoltaikzellen-Mikrobaugruppen in einen Wassertank mit der Lichtempfangsseite als Unterseite eingetaucht, und der Ausgangsanschluss des kurzgeschlossenen Moduls wurde mit einer negativen (-) Elektrode verbunden, und eine positive (+) Elektrode wurde mit einer Kupferplatte im Wassertank bei einer Temperatur von 85 °C und einer relativen Feuchte von 85% verbunden, und eine elektrische Spannung von 1500V wurde 24 Stunden lang angelegt.
- Vor und nach dem vorstehenden Test wurde die maximale Leistung (Pmax) jeder Photovoltaikzellen-Mikrobaugruppe gemessen und die Leistungserhaltsrate ((Pmax nach dem Test/Pmax vor dem Test)x100 (%)) berechnet. Eine Photovoltaikzellen-Mikrobaugruppe mit einer Leistungserhaltsrate von 95% oder mehr wurde als ⊚ bewertet, eine Photovoltaikzellen-Mikrobaugruppe mit einer Leistungserhaltsrate von weniger als 95% und 90% oder mehr wurde als o bewertet, und eine Photovoltaikzellen-Mikrobaugruppe mit einer Leistungserhaltsrate von weniger als 90% und 85% oder mehr wurde als △ bewertet.
- 3. Vergilbung
- Der erhaltene Klebefilm für eine Photovoltaikzelle wurde zwischen zwei Gläsern (mit einer Dicke von 3,0 mm) sandwichartig angeordnet, mithilfe eines Vakuumlaminators 10 Minuten lang bei 100 °C vorübergehend gecrimpt, in einen Ofen gestellt und dann 30 Minuten lang bei 150 °C zur Vernetzung erhitzt, um ein Laminat zu erhalten.
- Das Laminat wurde mithilfe eines Farbdifferenzmessgerät auf Vergilbung gemessen, nachdem es 150 Stunden lang mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wurde. Die Ultraviolettbestrahlung wurde mit einem s-UV-Bestrahlungstester durchgeführt, der 295-400 nm Ultraviolettstrahlen mit einer Intensität von 100mW/cm2 in einer Umgebung mit einer Temperatur von 63 °C abstrahlte. Die Vergilbung von weniger als 4,0 wurde als o und die Vergilbung von 4,0 oder mehr als x bewertet.
- Die Testergebnisse wurden nachstehend in Tabelle 1 gezeigt: Tabelle 1
Bruchzeit (Std.) PID-Verhalten Vergilbung Beispiel 1 4710 ⊚ ◯ Beispiel 2 4230 ⊚ ◯ Beispiel 3 5770 ⊚ ◯ Vergleichsbeispiel 1 1660 △ × Vergleichsbeispiel 2 1160 △ × Vergleichsbeispiel 3 2190 △ × - Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, erzielte der Klebefilm für eine Photovoltaikzelle der vorliegenden Erfindung bessere Wirkungen in Bezug auf Bruchzeit, PID-Verhalten und Vergilbungsbeständigkeit.
Claims (6)
- Verbundklebefilm für eine Photovoltaikzelle, umfassend: eine Mischung aus EVA und einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer, ein Vernetzungsmittel, einen Lichtstabilisator und eine Carbodiimidverbindung, wobei das Ethylen-α-Olefin-Copolymer in einer Menge von 50-90 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer, enthalten ist und die Carbodiimidverbindung eine durch die folgende Formel dargestellte Struktur aufweist:
R5-N=C=N-(R6-N=C=N-)nR7 - Verbundklebefilm für eine Photovoltaikzelle nach
Anspruch 1 , wobei das Vernetzungsmittel in einer Menge von 0,3-1,5 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer, enthalten ist. - Verbundklebefilm für eine Photovoltaikzelle nach
Anspruch 1 , wobei der Lichtstabilisator in einer Menge von 0,2-2,0 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer, enthalten ist. - Verbundklebefilm für eine Photovoltaikzelle nach
Anspruch 1 , wobei die Carbodiimidverbindung in einer Menge von 0,1-0,25 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer, enthalten ist. - Verbundklebefilm für eine Photovoltaikzelle nach
Anspruch 1 , wobei das Vernetzungsmittel ein peroxycarbonatbasiertes Vernetzungsmittel ist. - Photovoltaikzellen-Baugruppe, welche durch Einkapseln eines Photovoltaikzellenelements mit dem Verbundklebefilm für eine Photovoltaikzelle nach einem der
Ansprüche 1 -5 erhalten wird.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102019121160.3A DE102019121160A1 (de) | 2019-08-06 | 2019-08-06 | Verbundklebefilm für photovoltaikzelle |
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DE102019121160.3A Withdrawn DE102019121160A1 (de) | 2019-08-06 | 2019-08-06 | Verbundklebefilm für photovoltaikzelle |
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-
2019
- 2019-08-06 DE DE102019121160.3A patent/DE102019121160A1/de not_active Withdrawn
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