DE102019127984A1 - Verbundklebefolie für eine photovoltaikzelle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Verbundklebefolie für eine Photovoltaikzelle, welche umfasst: eine Mischung aus EVA und einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer, ein Vernetzungsmittel, einen Lichtstabilisator mit einer Piperidinstruktur und eine Carbodiimid-Verbindung. Das Ethylen-α-Olefin-Copolymer ist in einer Menge von 50-90 Gewichtsteilen enthalten, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundklebefolie für eine Photovoltaikzelle auf der Grundlage einer Mischung eines Ethylen-α-Olefin-Copolymers und eines Ethylen-Vinylacetat-Copolymers (EVA), und eine unter Verwendung der Klebefolie abgedichtete Photovoltaikzelle.
- HINTERGRUND
- Zu Beginn dieses Jahrhunderts hat Solarenergie als erneuerbare, zu fossilen Brennstoffen alternative Energiequelle weitverbreitete Aufmerksamkeit erfahren. Insbesondere haben sich in den letzten Jahren aus Umweltschutzgründen gefertigte Photovoltaikzellen-Anordnungen rasch in verschiedenen Bereichen ausgebreitet.
- Die Photovoltaikzelle wird üblicherweise gefertigt, indem ein transparentes Schutzteil für die Oberfläche des Glassubstrats, eine oberflächenseitige Klebefolie für eine Photovoltaikzelle, eine Photovoltaikzellen-Einheit, wie ein Stromerzeugungselement aus Silicium, eine rückseitige Klebefolie für eine Photovoltaikzelle und ein rückseitiges Schutzteil der Reihe nach aufeinander geschichtet werden.
- Als Klebefolie zur Abdichtung in einer solchen Photovoltaikzelle wird im Allgemeinen eine Klebefolie verwendet, die dadurch hergestellt wird, dass Ethylen-Vinylacetat-Copolymer mit hervorragender Haftung und Transparenz als Hauptbestandteil eingesetzt wird, in welchem ein Vernetzungsmittel, wie ein organisches Peroxid, beigemischt ist. Im Hinblick auf eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Stromerzeugung ist es sehr wünschenswert, das auf eine Photovoltaikzelle einfallende Licht so effizient wie möglich in eine Photovoltaikzellen-Einheit einzufangen. Daher ist die dünne EVA-Folie zur Abdichtung wünschenswerterweise eine dünne EVA-Folie, die eine möglichst hohe Transparenz aufweist, das einfallende Sonnenlicht nicht absorbiert oder reflektiert und das gesamte Sonnenlicht im Wesentlichen durchtreten lässt.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Im Hinblick auf die oben genannten Probleme im Stand der Technik soll die vorliegende Erfindung eine Klebefolie zur Photovoltaikzellen-Abdichtung bereitstellen, die Korrosion vermeiden und Vergilbung wirksam unterbinden kann, und gute Isolationseigenschaften aufweist. Zudem soll die vorliegende Erfindung auch eine Photovoltaikzelle bereitstellen, die durch Verwendung der Klebefolie der vorliegenden Erfindung den Wirkungsgrad der Stromerzeugung wirksam verbessert und ein gutes Erscheinungsbild und Isolationseigenschaften aufweist.
- Um das oben genannte Ziel zu erreichen, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung eingehende Untersuchungen durchgeführt und erkannt, dass durch Verwendung einer Mischung aus EVA und einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer als Polymergrundmaterial, zu welchem ein Vernetzungsmittel, eine spezifische Menge einer Carbodiimid-Verbindung und ein Lichtstabilisator hinzugefügt wurden, eine Photovoltaikzelle mit einem guten Erscheinungsbild und hervorragenden Isolationseigenschaften erhalten werden kann, während die Säurekorrosion vermieden und die Vergilbung wirksam unterbunden werden kann.
- Im Einzelnen umfasst die Verbundklebefolie für eine Photovoltaikzelle der vorliegenden Erfindung eine Mischung aus EVA und einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer, ein Vernetzungsmittel, einen Lichtstabilisator und eine Carbodiimid-Verbindung.
- Das Ethylen-α-Olefin-Copolymer ist in einer Menge von 50-90 Gewichtsteilen enthalten, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer.
- Die Verbundklebefolie für eine Photovoltaikzelle gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Beimengung eines spezifischen Gehalts der Carbodiimid-Verbindung in das EVA-Copolymer die innerhalb der Photovoltaikzelle erzeugte Säure ausreichend absorbieren und die Korrosion des Leitungsdrahts und der Elektrode verhindern, während sie die Vergilbung vermeidet. Zudem ist es durch Kombination mit einem Lichtstabilisator mit einer spezifischen Struktur möglich, wirksam das Auftreten von Vergilbung zu unterbinden und die Lichtbeständigkeit und Hitzebeständigkeit im Fall von Langzeitnutzung zu verbessern.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die Klebefolie für eine Photovoltaikzelle der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden im Detail erläutert werden.
- Das in der vorliegenden Erfindung verwendete EVA-Copolymer ist nicht besonders beschränkt, und es kann ein beliebiges, auf dem Fachgebiet bekanntes EVA-Copolymer verwendet werden. Beispielsweise kann das in der vorliegenden Erfindung verwendete Copolymer zum Beispiel durch Copolymerisation in der Gegenwart eines Radikalstarters bei einer Temperatur von 100-300 °C in der Gegenwart oder Abwesenheit eines Lösungsmittels oder Kettenüberträgers hergestellt werden.
- Das Ethylen-α-Olefin-Copolymer der vorliegenden Erfindung kann durch Copolymerisation von Ethylen mit einem C3-20-α-Olefin erhalten werden. Als das C3-20-α-Olefin kann 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 ein beliebiges auf dem Fachgebiet bekanntes Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann ein durch Polymerisation, in der Gegenwart eines Ziegler-Katalysators, einer Vanadiumverbindung, einer Metallocen-Verbindung und dergleichen als Katalysator, erhaltenes Produkt verwendet werden.
- Bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer ist das Ethylen-α-Olefin-Copolymer in einer Menge von 50-90 Gewichtsteilen, bevorzugt 50-88 Gewichtsteilen, bevorzugter 50-85 Gewichtsteilen, und besonders bevorzugt 70-80 Gewichtsteilen enthalten.
- Als das Vernetzungsmittel der vorliegenden Erfindung kann ein auf einem organischen Peroxid basierendes Vernetzungsmittel verwendet werden.
- Als das auf einem organischen Peroxid beruhende Vernetzungsmittel wird typischerweise Peroxycarbonat verwendet.
- Beispielsweise kann das Peroxycarbonat aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus 2-Methylamyl-methylperoxycarbonat, 3-Methylamyl-methylperoxycarbonat, 2-Ethylhexyl-methylperoxycarbonat, 2-Methylpentyl-ethylperoxycarbonat, 3-Methylpentyl-ethylperoxycarbonat, 2-Ethylhexylethylperoxycarbonat, 2-Methylpentyl-propylperoxycarbonat, 3-Methylamylpropylperoxycarbonat, 2-Ethylhexyl-propylperoxycarbonat, 2-Methylpentyl-tert-butylperoxycarbonat, 3-Methylpentyl-tert-butylperoxycarbonat und 2-Ethylhexyl-tert-butylperoxycarbonat besteht.
- Das Vernetzungsmittel wird typischerweise in einer Menge von 0,3-1,5 Gewichtsteilen, bevorzugt 0,35-1,1 Gewichtsteilen, bevorzugter 0,4-0,55 Gewichtsteilen verwendet, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer.
-
- Im Einzelnen sind R1, R2, R3 und R4 jeweils unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt, die aus Methyl, Ethyl, Propyl und Butyl besteht. R ist aus der Gruppe ausgewählt, die aus Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, sek-Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Isopentyl, Hexyl, Heptyl, n-Octyl, iso-Octyl, tert-Octyl, Nonyl, iso-Nonyl, Decyl, Dodecyl, Hexadecyl, Heptadecyl oder Octadecyl besteht.
- Der Lichtstabilisator ist in einer Menge von 0,2-20 Gewichtsteilen, bevorzugt 0,5-1,5 Gewichtsteilen, bevorzugter 0,7-1,2 Gewichtsteilen enthalten, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer. Wenn der Lichtstabilisator in einer Menge von weniger als 0,2 Gewichtsteilen enthalten ist, ist es schwierig, ausreichende Lichtbeständigkeit und Hitzebeständigkeit zu erreichen. Wenn der Lichtstabilisator in einer Menge von mehr als 0,2 enthalten ist, kann dies zur Vergilbung der Klebefolie führen.
- Die Carbodiimid-Verbindung der vorliegenden Erfindung weist typischerweise eine Struktur gemäß der folgenden Formel auf.
R5-N=C=N-(R6-N=C=N-)nR7 - Durch Beimengung der Carbodiimid-Verbindung mit der obigen Struktur in das EVA-Copolymer kann der in der Photovoltaikzelle erzeugte saure Stoff ausreichend absorbiert werden und es kann eine ausgezeichnete Langlebigkeit erreicht werden.
- Die obige Carbodiimid-Verbindung kann durch ein auf dem Fachgebiet bekanntes Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann sie durch eine Decarbonatisierungs-Kondensation unter Verwendung einer Diisocyanat-Verbindung als Ausgangsmaterial in einem Keton-Lösungsmittel in der Gegenwart eines Organophosphorkatalysators hergestellt werden.
- Die Folie der vorliegenden Erfindung enthält typischerweise 0,1-0,35 Gewichtsteile, bevorzugt 0,1-0,25 Gewichtsteile, bevorzugter 0,15-0,22 Gewichtsteile der Carbodiimid-Verbindung, 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 möglicherweise nicht ausreichend absorbiert werden, was zur Korrosion der Leitungsdrähte und der Elektroden führen kann. Wenn das Carbodiimid in einer Menge von mehr als 0,35 Gewichtsteilen enthalten ist, kann dies zur Vergilbung führen.
- Die Photovoltaikzellen-Klebefolie der vorliegenden Erfindung kann durch ein üblicherweise genutztes Verfahren gefertigt werden, und wird bevorzugt durch Schmelzvermischung mittels einer Kalanderrolle, eines Kneters, eines Banbury-Mischers, eines Extruders oder dergleichen gefertigt. Es ist besonders bevorzugt, sie mit einem Extruder anzufertigen, der in der Lage ist, kontinuierlich zu produzieren.
- Der Extrusionstemperaturbereich beträgt bevorzugt 110-140 °C. Wenn die Extrusionstemperatur weniger als 110 °C beträgt, kann sich die Produktivität der Photovoltaikzellen-Klebefolie verschlechtern. Wenn die Extrusionstemperatur 140 °C übersteigt, kann Gelbildung auftreten, wenn die Mischung durch einen Extruder extrudiert wird, um die Verbundklebefolie für eine Photovoltaikzelle zu erhalten.
- Als Beispiel für das Verfahren zur Fertigung der Verbundklebefolie für eine Photovoltaikzelle der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel ein Ethylen-α-Olefin-Copolymer und ein EVA-Copolymer durch einen Henschel-Mischer oder einen Drehtrommelmischer mit den obigen Additiven vermischt und dem Extruder zugeführt werden, um ein bogenartiges Erzeugnis zu bilden.
- Die Dicke der Klebefolie für eine Photovoltaikzelle der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders begrenzt, beträgt aber bevorzugt 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 Massen-%, MFR = 4,4 g/10 min), 0,55 Gewichtsteile 2-Ethylhexyl-tert-butylperoxcarbonat, 0,2 Gewichtsteile Carbodiimid-Verbindung (CARBODILITE V-05, Nisshinbo Chemical Inc.) und 1,0 Gewichtsteile Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidin)-sebacat wurden einem Walzwerk zugeführt und bei 75 °C vermischt, um eine Klebefolienzusammensetzung für eine Photovoltaikzelle herzustellen. Die Klebefolienzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und abgekühlt, um die Klebefolie für eine Photovoltaikzelle mit einer Klebefoliendicke 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 Massen-%, MFR = 4,4 g/10 min), 0,4 Gewichtsteile 2-Ethylhexyl-tert-butylperoxcarbonat, 0,13 Gewichtsteile Carbodiimid-Verbindung (CARBODILITE V-05, Nisshinbo Chemical Inc.) und 1,7 Gewichtsteile Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidin)-sebacat wurden einem Walzwerk zugeführt und bei 75 °C vermischt, um eine Klebefolienzusammensetzung für Photovoltaikzellen herzustellen. Die Klebefolienzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und abgekühlt, um die Klebefolie für eine Photovoltaikzelle mit einer Klebefoliendicke 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 Massen-%, MFR = 4,4 g/10 min), 0,51 Gewichtsteile 2-Ethylhexyl-tert-butylperoxcarbonat, 0,25 Gewichtsteile Carbodiimid-Verbindung (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 einem Walzwerk zugeführt und bei 75 °C vermischt, um eine Klebefolienzusammensetzung für eine Photovoltaikzelle herzustellen. Die Klebefolienzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und abgekühlt, um die Klebefolie für eine Photovoltaikzelle mit einer Klebefoliendicke von 2,0 mm zu erhalten.
- Vergleichsbeispiel 1
- Eine Klebefolienzusammensetzung für Photovoltaikzellen wurde auf eine ähnliche Weise hergestellt wie Beispiel 1, außer dass 100 Gewichtsteile des EVA-Copolymers als Grundmaterial verwendet wurden und das Ethylen-1-Buten-Copolymer nicht verwendet wurde. Die erhaltene Klebefolienzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und abgekühlt, um eine Klebefolie für eine Photovoltaikzelle mit einer Klebefoliendicke von 2,6 mm zu erhalten.
- Vergleichsbeispiel 2
- Eine Klebefolienzusammensetzung für Photovoltaikzellen wurde auf eine ähnliche Weise hergestellt wie Beispiel 1, außer dass das Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidin)-sebacat nicht verwendet wurde. Die erhaltene Klebefolienzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und abgekühlt, um eine Klebefolie für eine Photovoltaikzelle mit einer Klebefoliendicke von 1,5 mm zu erhalten.
- Vergleichsbeispiel 3
- Eine Klebefolienzusammensetzung für Photovoltaikzellen wurde auf eine ähnliche Weise hergestellt wie Beispiel 1, außer dass die Carbodiimid-Verbindung nicht verwendet wurde. Die erhaltene Klebefolienzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und abgekühlt, um eine Klebefolie für eine Photovoltaikzelle mit einer Klebefoliendicke von 1,9 mm zu erhalten.
- Auswertungsverfahren
-
- 1. Bruchzeit:
- Die erhaltene dünne EVA-Folie wurde einer Abnutzung durch ein Sonnenalterungs-Prüfgerät (Temperatur der schwarzen Tafel: 63 °C, kein Wassernebel) unterzogen, und die Bruchzeit (die zum Bruch benötigte Zeit) wurde einmal alle 120 Stunden gemessen.
- 2. PID-Auswertung:
- Die oben erhaltene Klebefolie für eine Photovoltaikzelle wurde als oberflächenseitige Klebefolie und als rückseitige Klebefolie verwendet, und es wurde eine
- Wärme- und Druckbehandlung durchgeführt, wenn die Photovoltaikzellen-Einheiten zwischen einem oberflächenseitigen, transparenten Schutzteil (Glasplatte) und einem rückseitigen Schutzteil (PET-Folie) eingeschlossen waren, um eine Photovoltaikzellen-Mikroanordnung herzustellen, in der vier Photovoltaikzellen-Einheiten verbunden waren. Für eine Modellprüfung zur Erzeugung des PID-Phänomens wurde jede der Photovoltaikzellen-Mikroanordnungen mit der licht-empfangenden Seite als unterer Seite in einen Wassertank getaucht, und die Ausgangsklemme des kurzgeschlossenen Moduls wurde mit einer negativen (-) Elektrode verbunden, und eine positive (+) Elektrode wurde bei einer Temperatur von 85 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 85 % mit einer Kupferplatte im Wassertank verbunden, und für 24 h wurde eine Spannung von 1500 V angelegt.
- Vor und nach der obigen Prüfung wurde die maximale Leistung (Pmax) jeder Photovoltaikzellen-Mikroanordnung gemessen, und das Leistungserhaltungs-Verhältnis ((Pmax nach Prüfung/Pmax vor Prüfung) × 100 (%)) wurde berechnet. Eine Photovoltaikzellen-Mikroanordnung mit einem Leistungserhaltungs-Verhältnis von 95 % oder mehr wurde als ⊚ bewertet, und eine Photovoltaikzellen-Mikroanordnung mit einem Leistungserhaltungs-Verhältnis von weniger als 95 % und 90 % oder mehr wurde als o bewertet, und eine Photovoltaikzellen-Mikroanordnung mit einem Leistungserhaltungs-Verhältnis von weniger als 90 % und 85 % oder mehr wurde als Δ bewertet.
- Gelbfärbung
- Die erhaltene Klebefolie für eine Photovoltaikzelle wurde zwischen zwei Gläsern (mit einer Dicke von 3,0 mm) eingeschlossen, wurde unter Verwendung eines Vakuum-Laminators vorübergehend für 10 Minuten bei 100 °C zusammengepresst, wurde in einem Ofen platziert und zur Vernetzung für 30 Minuten auf 150 °C erhitzt, um ein Laminat zu erhalten.
- Nach Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen für 150 Stunden wurde das Laminat unter Verwendung eines Farbdifferenzmessgeräts für Gelbfärbung vermessen. Die Ultraviolettbestrahlung wurde unter Verwendung eines s-UV-Bestrahlungsprüfgeräts durchgeführt, das ultraviolette Strahlen von 295-400 nm mit einer Intensität von 100 mW/cm2 in einer Umgebung mit einer Temperatur von 63 °C ausstrahlte. Gelbfärbung von weniger als 4,0 wurde als ◯ bewertet, und Gelbfärbung von 4,0 oder mehr wurde als x bewertet.
- Die Ergebnisse sind in der untenstehende Tabelle 1 gezeigt: Tabelle 1
Bruchzeit (h) PID-Verhalten Gelbfärbung Beispiel 1 4710 ⊚ ◯ Beispiel 2 4230 ⊚ ◯ Beispiel 3 5770 ⊚ ◯ Vergleichsbeispiel 1 1660 △ × Vergleichsbeispiel 2 1160 △ × Vergleichsbeispiel 3 2190 △ × - Wie aus Tabelle 1 ersehen werden kann, erzielte die Klebefolie für eine Photovoltaikzelle der vorliegenden Erfindung bessere Wirkungen in Bezug auf die Bruchzeit, das PID-Verhalten und die Vergilbungsbeständigkeit.
Claims (6)
- Verbundklebefolie für eine Photovoltaikzelle, welche umfasst: eine Mischung aus EVA und einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer, ein Vernetzungsmittel, einen Lichtstabilisator und eine Carbodiimid-Verbindung, wobei das Ethylen-α-Olefin-Copolymer in einer Menge von 50-90 Gewichtsteilen enthalten ist, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer, und die Carbodiimid-Verbindung eine Struktur gemäß der folgenden Formel aufweist:
R5-N=C=N-(R6-N=C=N-)nR7 - Verbundklebefolie für eine Photovoltaikzelle nach
Anspruch 1 , wobei das Vernetzungsmittel in einer Menge von 0,3-1,5 Gewichtsteilen enthalten ist, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer. - Verbundklebefolie für eine Photovoltaikzelle nach
Anspruch 1 , wobei der Lichtstabilisator in einer Menge von 0,2-2,0 Gewichtsteilen enthalten ist, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer. - Verbundklebefolie für eine Photovoltaikzelle nach
Anspruch 1 , wobei die Carbodiimid-Verbindung in einer Menge von 0,1-0,25 Gewichtsteilen enthalten ist, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer. - Verbundklebefolie für eine Photovoltaikzelle nach
Anspruch 1 , wobei das Vernetzungsmittel ein Peroxycarbonat-basiertes Vernetzungsmittel ist. - Photovoltaikzellen-Anordnung, erhalten durch Umhüllen eines Photovoltaikzellen-Elements mit der Verbundklebefolie für eine Photovoltaikzelle nach einem der
Ansprüche 1 bis5 .
Priority Applications (1)
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DE102019127984.4A DE102019127984A1 (de) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | Verbundklebefolie für eine photovoltaikzelle |
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DE102019127984.4A DE102019127984A1 (de) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | Verbundklebefolie für eine photovoltaikzelle |
Publications (1)
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-
2019
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