DE102019214394A1 - Eine verbund-klebefolie für eine photovoltaische zelle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Verbund-Klebefolie für eine photovoltaische Zelle, umfassend: eine Mischung aus EVA und einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer, ein Vernetzungsmittel, ein Lichtstabilisator mit einer Piperidinstruktur und eine Carbodiimidverbindung. Das Ethylen-α-Olefin-Copolymer ist in einer Menge von 50 - 90 Gewichtsteilen enthalten, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbund-Klebefolie für eine photovoltaische Zelle, basierend auf einer Mischung aus einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer und einem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA), und eine photovoltaische Zelle, welche durch die Verwendung der Klebefolie versiegelt ist.
- HINTERGRUND
- Zu Beginn dieses Jahrhunderts hat, als eine erneuerbare alternative Energiequelle zu fossilen Treibstoffen, die Solarenergie eine breite Aufmerksamkeit erfahren. Insbesondere haben sich in jüngsten Jahren photovoltaische Zellanordnungen, die aus Gründen des Umweltschutzes hergestellt wurden, rapide in verschiedene Felder ausgebreitet.
- Die photovoltaische Zelle wird normalerweise durch nacheinanderfolgendes Laminieren eines transparenten Glassubstratoberflächenschutzteils, einer oberflächenseitigen Klebefolie für eine photovoltaische Zelle, einer photovoltaischen Zelleneinheit, wie eines Silkonpulver erzeugenden Elements, einer rückseitigen Klebefolie für eine photovoltaische Zelle und eines rückseitigen Schutzteils hergestellt.
- Als eine Klebefolie zum Versiegeln in solch einer photovoltaischen Zelle wird eine Klebefolie, die durch Nehmen eines Ethylen-Vinylacetat-Copolymers mit exzellenter Haftung und Transparenz als Hauptkomponente, in welche ein Quervernetzungsmittel, wie ein organisches Peroxid eingemischt wird, hergestellt wird, im Allgemeinen verwendet. Im Hinblick auf die Verbesserung der Stromerzeugungswirksamkeit ist es stark erwünscht, den Lichteinfall auf eine photovoltaische Zelle in eine photovoltaische Zelleneinheit so effizient wie möglich einzufangen. Deshalb ist die EVA-Dünnfolie zur Versiegelung wünschenswerterweise eine EVA-Dünnfolie, welche eine Transparenz aufweist, die so hoch wie möglich ist, die das einfallende Sonnenlicht nicht absorbiert oder reflektiert und die allem Sonnenlicht erlaubt, im Wesentlichen übertragen zu werden bzw. durchzustrahlen.
- KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
- Im Hinblick auf die obigen Probleme im Stand der Technik ist in der vorliegenden Erfindung vorgesehen, eine Klebefolie für eine photovoltaische Zellenversiegelung bereitzustellen, welche eine Korrosion vermeiden und wirksam Vergilbung unterdrücken kann und die eine gute Isolationseigenschaft aufweist. Ferner ist die vorliegende Erfindung ebenfalls vorgesehen, um eine photovoltaische Zelle, die wirksam bei der Verbesserung der Stromerzeugungswirksamkeit ist und die eine gute Erscheinung und eine Isolationseigenschaft aufweist, durch Verwendung der Klebefolie der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
- Um das obige Ziel zu erreichen, unternahm der Erfinder der vorliegenden Erfindung intensive Studien und fand heraus, dass durch Verwendung einer Mischung aus EVA und einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer als Polymerbasismaterial, zu welcher ein Vernetzungsmittel, eine spezifische Menge einer Carbodiimidverbindung und ein Lichtstabilisator mit einer spezifischen Struktur hinzugefügt wurden, eine photovoltaische Zelle mit einer guten Erscheinung und einer exzellenten Isolationseigenschaft erhalten werden kann, während die Säurekorrosion vermieden und Vergilbung wirksam unterdrückt werden können.
- Spezifisch umfasst die Verbund-Klebefolie für eine photovoltaische Zelle der vorliegenden Erfindung eine Mischung aus EVA und einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer, einem Vernetzungsmittel, einem Lichtstabilisator und einer Carbodiimidverbindung.
- Das enthaltene Ethylen-α-Olefin-Copolymer ist in einer Menge von 50 - 90 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer, enthalten.
- Die Verbund-Klebefolie für eine photovoltaische Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung kann, durch Compoundieren eines spezifischen Gehalts der Carbodiimidverbindung in das EVA-Copolymer, ausreichend die in der photovoltaischen Zelle erzeugten Säure absorbieren und verhindern, dass der Leitungsdraht und die Elektrode korrodieren, während eine Vergilbung vermieden wird. Ferner ist es durch Kombinieren mit dem Lichtstabilisator mit einer spezifischen Struktur möglich, wirksam das Auftreten einer Vergilbung zu unterdrücken und die Lichtbeständigkeit und Hitzebeständigkeit im Fall des Langzeitgebrauchs zu verbessern.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die Klebefolie für eine photovoltaische Zelle der vorliegenden Erfindung wird detailliert untenstehend erklärt.
- Das EVA-Copolymer, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nicht spezifisch beschränkt, und jedes beliebige EVA-Copolymer, welches im Fachbereich bekannt ist, kann verwendet werden. Als Beispiel kann das EVA-Copolymer, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hergestellt werden durch, zum Beispiel, Copolymerisation in Gegenwart eines Radikalinitiators bei einer Temperatur von 100 - 300 °C in Gegenwart oder Abwesenheit eines Lösungsmittels oder Kettenübertragungsmittels.
- 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, können 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 typischerweise verwendet werden.
- Das Ethylen-α-Olefin-Copolymer kann durch jedes beliebige Verfahren hergestellt werden, welches im Fachbereich bekannt ist. Als ein Beispiel kann ein Produkt, welches durch Polymerisation in Gegenwart eines Ziegler-Katalysators, einer Vanadiumverbindung, einer Metallocenverbindung und dergleichen erhalten wird, als ein Katalysator verwendet werden.
- Basierend 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, bevorzugt 50 - 88 Gewichtsteilen, noch mehr bevorzugt 50 - 85 Gewichtsteilen und insbesondere bevorzugt 70 - 80 Gewichtsteilen enthalten.
- Als das Vernetzungsmittel der vorliegenden Erfindung kann ein organisches peroxidbasiertes Vernetzungsmittel verwendet werden.
- Als das organische peroxidbasierte Vernetzungsmittel wird Peroxycarbonat typischerweise verwendet.
- Als ein Beispiel kann das Peroxycarbonat aus der Gruppe ausgewählt werden, die 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 besteht.
- Das Vernetzungsmittel wird typischerweise in einer Menge von 0,3 - 1,5 Gewichtsteilen, bevorzugt 0,35 - 1,1 Gewichtsteilen, noch bevorzugter 0,4 - 0,55 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer, verwendet.
-
- Spezifisch werden R1, R2, R3 und R4 jeweils unabhängig aus der Gruppe ausgewählt, die aus Methyl, Ethyl, Propyl und Butyl besteht. R wird aus der Gruppe ausgewählt, die aus Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, sec-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 - 2,0 Gewichtsteilen, bevorzugt 0,5 - 1,5 Gewichtsteilen, noch bevorzugter 0,7 - 1,2 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen 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 Lichtbeständigkeit und Hitzebeständigkeit zu erreichen. Wenn der Lichtstabilisator in einer Menge von mehr als 0,2 enthalten ist, kann eine Vergilbung der Klebefolie verursacht werden.
- Die Carbodiimidverbindung der vorliegenden Erfindung weist typischerweise eine Struktur auf, die durch die folgende Formel repräsentiert wird.
R5 -N=C=N-(R6-N=C=N-)nR7 - Durch Compoundieren der Carbodiimidverbindung mit der obigen Struktur in das EVA-Copolymer kann die saure Substanz, die in der photovoltaischen Zelle erzeugt wird, ausreichend absorbiert und eine exzellente Haltbarkeit erreicht werden.
- Die obige Carbodiimidverbindung kann durch ein Verfahren hergestellt werden, welches im Fachbereich bekannt ist. Als ein Beispiel kann sie durch eine Decarbonierungskondensation unter Verwendung einer Diisocyanatverbindung als ein Rohmaterial, in einem Ketonlösungsmittel in Anwesenheit eines Organophosphorkatalysators hergestellt werden.
- Die Folie der vorliegenden Erfindung enthält typischerweise 0,1 - 0,35 Gewichtsteile, bevorzugt 0,1 - 0,25 Gewichtsteile, noch bevorzugter 0,15 - 0,22 Gewichtsteile der Carbodiimidverbindung, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer. Wenn das Carbodiimid in einer Menge von weniger als 0,1 Gewichtsteilen enthalten ist, könnte die erzeugte Säure nicht ausreichend absorbiert werden und die Korrosion der Leitungsdrähte und Elektroden kann verursacht werden. Wenn das Carbodiimid in einer Menge von mehr als 0,35 Gewichtsteilen enthalten ist, kann eine Vergilbung verursacht werden.
- Die Klebefolie der photovoltaischen Zelle der vorliegenden Erfindung kann durch eine gemeinhin verwendete Methode hergestellt werden und diese wird bevorzugterweise durch Schmelzmischen mittels einer Kalanderwalze, eines Kneters, eines Banbury-Mixers, eines Extruders oder dergleichen hergestellt. Es ist insbesondere bevorzugt, dies mit einem Extruder herzustellen, der der kontinuierlichen Produktion befähigt ist.
- Der Extrusionstemperaturbereich beträgt bevorzugt 110 - 140 °C. Wenn die Extrusionstemperatur weniger als 110 °C beträgt, kann die Produktivität der Klebefolie der photovoltaischen Zelle verschlechtert werden. Wenn die Extrusionstemperatur 140 °C überschreitet, kann eine Gelierung auftreten, wenn die Mischung durch einen Extruder extrudiert wird, um eine Verbund-Klebefolie für eine photovoltaische Zelle zu erhalten.
- Als ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der Verbund-Klebefolie für eine photovoltaische Zelle der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel ein Ethylen-α-Olefin-Copolymer und ein EVA-Copolymer mit den obigen Additiven durch einen Henschel-Mixer oder einen Mixer mit rotierender Trommel vermischt werden und dem Extruder zugeführt werden, um ein blattartiges Produkt zu bilden.
- Die Dicke der Klebefolie für eine photovoltaische Zelle der vorliegenden Erfindung ist nicht spezifisch beschränkt, beträgt aber bevorzugterweise 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-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 Walzenmühle zugeführt und bei 75 °C vermischt, um eine Klebefolienzusammensetzung für eine photovoltaische Zelle herzustellen. Die Klebefolienzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und abgekühlt, um die Klebefolie für eine photovoltaische Zelle zu erhalten, wobei die Dicke der Klebefolie 0,7 mm betrug.
- Beispiel 2
- 81 Gewichtsteile eines Ethylen-1-Octylen-Copolymers (Ethylengehalt: 89 Mol-%, MFR = 48 g/10min, Dichte: 0,884 g/cm3), 19 Gewichtsteile EVA (Vinylacetatgehalt: 26 Massen-%, 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 Walzenmühle zugeführt und bei 75 °C vermischt, um eine Klebefolienzusammensetzung für eine photovoltaische Zelle herzustellen. Die Klebefolienzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und abgekühlt, um die Klebefolie für eine photovoltaische Zelle zu erhalten, wobei die Dicke der Klebefolie 1,1 mm betrug.
- Beispiel 3
- 84 Gewichtsteile eines Ethylen-1-Octylen-Copolymers (Ethylengehalt: 89 Mol-%, MFR = 48g/10min, Dichte: 0,884 g/cm3), 16 Gewichtsteile EVA (Vinylacetatgehalt: 26 Massen-%, 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 Walzenmühle zugeführt und bei 75 °C vermischt, um eine Klebefolienzusammensetzung für eine photovoltaische Zelle herzustellen. Die Klebefolienzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und abgekühlt, um die Klebefolie für eine photovoltaische Zelle zu erhalten, wobei die Dicke der Klebefolie 2,0 mm betrug.
- Vergleichsbeispiel 1
- Eine Klebefolienzusammensetzung für photovoltaische Zellen wurde in einer Art und Weise hergestellt, die ähnlich zu der aus Beispiel 1 ist, außer, dass 100 Gewichtsteile des EVA-Copolymers als Basismaterial verwendet wurden und das Ethylen-1-buten-Copolymer nicht verwendet wurden. Die erhaltene Klebefolienzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und abgekühlt, um eine Klebefolie für eine photovoltaische Zelle zu erhalten, wobei die Dicke der Klebefolie 2,6 mm betrug.
- Vergleichsbeispiel 2
- Eine Klebefolienzusammensetzung für photovoltaische Zellen wurde in einer Art und Weise hergestellt, die ähnlich zu der aus Beispiel 1 ist, 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 photovoltaische Zelle zu erhalten, wobei die Dicke der Klebefolie 1,5 mm betrug.
- Vergleichsbeispiel 3
- Eine Klebefolienzusammensetzung für photovoltaische Zellen wurde in einer Art und Weise hergestellt, die ähnlich zu der aus Beispiel 1 ist, außer, dass das die Carbodiimidverbindung nicht verwendet wurde. Die erhaltene Klebefolienzusammensetzung wurde bei 75 °C kalandriert und abgekühlt, um eine Klebefolie für eine photovoltaische Zelle zu erhalten, wobei die Dicke der Klebefolie 1,9 mm betrug.
- Auswertungsverfahren
-
- 1. Bruchzeit:
- Die erhaltene EVA-Dünnfolie wurde einer Verrottung durch ein Sonnenalterungs-Testgerät (Schwarztafeltemperatur: 63 °C, kein Wasserdunst) unterzogen und die Bruchzeit (die Zeit, die für den Bruch benötigt wurde) wurde einmal alle 120 Stunden gemessen.
- 2. PID-Auswertung:
- Die oben erhaltene Klebefolie für eine photovoltaische Zelle wurde als eine oberflächenseitige Klebefolie und eine rückseitige Klebefolie verwendet, Erhitzung und Unterdrucksetzen wurden in dem Fall durchgeführt, dass die Einheiten für eine photovoltaische Zelle gesandwiched waren zwischen einem oberflächenseitigen transparenten Schutzteil (Glasplatte) und einem rückseitigen Schutzteil (PET-Folie), um einen photovoltaischen Zellen-Mikroaufbau herzustellen, in welchem vier Einheiten für eine photovoltaische Zelle verbunden waren. Für einen Modell-Test zur Erzeugung eines PID-Phänomens wurde jede der hergestellten photovoltaischen Zellen-Mikroaufbauten in einem Wassertank untergetaucht, wobei die lichtempfangende Seite die Unterseite war, und das Output-Terminal des kurzgeschlossenen Moduls wurde mit einer negativen (-) Elektrode verbunden und eine positive (+) Elektrode wurde mit einer Kupferplatte in dem Wassertank bei einer Temperatur von 85 °C und einer relativen Feuchtigkeit von 85% verbunden, und es wurde eine Spannung von 1500 V für 24 Stunden angelegt.
- Vor und nach dem obigen Test wurde der maximale Output (Pmax) jedes photovoltaischen Zellen-Mikroaufbaus gemessen und die Output-Retentionsrate ((posttest Pmax/prätest Pmax) × 100 (%)) wurde berechnet. Ein photovoltaischer Zellen-Mikroaufbau mit einer Output-Retentionsrate von 95% oder mehr wurde als ⊚ ausgewertet, ein photovoltaischer Zellen-Mikroaufbau mit einer Output-Retentionsrate von weniger als 95% und 90% oder mehr wurde als ○ ausgewertet, und ein photovoltaischer Zellen-Mikroaufbau mit einer Output-Retentionsrate von weniger als 90% und 85% oder mehr wurde als △ ausgewertet.
- Vergilbung
- Die erhaltene Klebefolie für eine photovoltaische Zelle wurde zwischen zwei Gläsern (mit einer Dicke von 3,0 mm) gesandwiched, wurde zeitweise bei 100 °C für 10 Minuten gecrimpt und zwar unter Verwendung eines Vakuumlaminators, wurde in einen Ofen gegeben und dann bei 150 °C für 30 Minuten für die Quervernetzung erhitzt, um ein Laminat zu erhalten.
- Das Laminat wurde unter Verwendung eines Farbunterschied-Messgerätes auf Vergilbung vermessen, nachdem es für 150 Stunden mit ultravioletten Strahlen bestrahlt worden war. Die ultraviolette Bestrahlung wurde unter Verwendung eines s-UV-Bestrahlungstesters durchgeführt, welcher 295 - 400 nm ultraviolette Strahlen mit einer Intensität von 100 mW/cm2 in einer Umgebung mit einer Temperatur von 63 °C ausstrahlte. Die Vergilbung von weniger als 4,0 wurde als ○ ausgewertet, und die Vergilbung von 4,0 oder mehr wurde als × ausgewertet.
- Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 1 gezeigt: Tabelle 1
Bruchzeit (h) PID-Performance 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, erreichte die Klebefolie für eine photovoltaische Zelle der vorliegenden Erfindung bessere Wirkungen in Bezug auf Bruchzeit, PID-Performance und Vergilbungsbeständigkeit.
Claims (6)
- Verbund-Klebefolie für eine photovoltaische Zelle, 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 enthalten ist, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer, und die Carbodiimidverbindung eine Struktur aufweist, die durch die folgende Formel repräsentiert wird:
R5 -N=C=N-(R6-N=C=N-)nR7 - Verbund-Klebefolie für eine photovoltaische Zelle gemäß
Anspruch 1 , wobei das Vernetzungsmittel in einer Menge von 0,3 - 1,5 Gewichtsteilen enthalten ist, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer. - Verbund-Klebefolie für eine photovoltaische Zelle gemäß
Anspruch 1 , wobei der Lichtstabilisator in einer Menge von 0,2 - 2,0 Gewichtsteilen enthalten ist, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer. - Verbund-Klebefolie für eine photovoltaische Zelle gemäß
Anspruch 1 , wobei die Carbodiimidverbindung in einer Menge von 0,1 - 0,25 Gewichtsteilen enthalten ist, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Mischung aus EVA und Ethylen-α-Olefin-Copolymer. - Verbund-Klebefolie für eine photovoltaische Zelle gemäß
Anspruch 1 , wobei das Vernetzungsmittel ein Peroxycarbonat-basiertes Vernetzungsmittel ist. - Photovoltaische Zellenanordung, erhalten durch Einkapseln eines photovoltaischen Zellenelementes mit der Verbund-Klebefolie für eine photovoltaische Zelle gemäß einem beliebigen der
Ansprüche 1 -5 .
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-
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