KR101733054B1 - 태양전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 측면에 따른 태양전지 모듈은, 복수의 태양전지들을 구비한 태양전지 패널; 및 태양전지 패널의 가장자리부를 밀봉하는 밀봉 테이프를 포함하며, 밀봉 테이프는 모재층, 상기 모재층의 한쪽 면에 위치하는 접착층 및 상기 모재층의 다른 쪽 면에 위치하는 보호층을 포함한다.

Description

태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}

본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로, 태양전지를 지지하는 상부 기판 및 하부 기판이 각각 광 투과성 재질로 형성된 태양전지 모듈에 관한 것이다.

광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.

태양광에 의해 발전하는 태양전지를 복수개 구비하는 태양전지 모듈은 외부 충격 및 습기 등의 외부 환경으로부터 상기 태양전지를 보호하기 위해 태양전지의 상부 및 하부에 각각 배치되는 한 쌍의 보호 부재를 포함한다.

통상의 태양전지 모듈은 태양전지의 상부에 위치하는 상부 보호 부재로 광 투과성 기판을 사용하고, 상부 보호 부재의 반대쪽에 위치하는 하부 보호 부재로 불투명 재질의 시트를 사용하고 있다. 그러나 이러한 구성의 태양전지 모듈은 채광성 및 광 이용 효율이 낮다.

따라서, 근래에는 상기 상부 보호 부재 및 하부 보호 부재로 광 투과성 기판을 각각 사용하는 태양전지 모듈이 개발되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무게 및 비용 증가를 최소화하면서 밀봉성을 확보할 수 있는 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 측면에 따르면, 태양전지 모듈은, 복수의 태양전지들을 구비한 태양전지 패널; 및 태양전지 패널의 가장자리부를 밀봉하는 밀봉 테이프를 포함하며, 밀봉 테이프는 모재층, 상기 모재층의 한쪽 면에 위치하는 접착층 및 상기 모재층의 다른 쪽 면에 위치하는 보호층을 포함한다.

모재층은 기계적 내구성이 우수한 실리콘(Silicone)계 수지 또는 부틸(Butyl)계 수지로 형성되고, 보호층은 내광성, 내화학성, 내마모성이 우수한 불소계 수지로 형성된다. 그리고 밀봉 테이프는 0.1㎜ 내지 3㎜의 두께로 형성된다.

태양전지 패널은 광 투과성의 제1 기판; 제1 기판 위에 위치하는 복수의 박막 태양전지들; 복수의 박막 태양전지들 위에 위치하는 광 투과성의 제2 기판; 및 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하며, 복수의 태양전지들을 보호하는 보호막을 포함한다.

태양전지 패널의 가장자리부에는 박막 태양전지가 위치하지 않는 에지 영역이 구비되며, 에지 영역은 3㎜ 내지 30㎜의 폭으로 형성된다.

제1 기판 위에 위치하는 밀봉 테이프의 제1 단부와 제2 기판 위에 위치하는 밀봉 테이프의 제2 단부는 에지 영역 내에 위치할 수 있다.

이때, 제2 기판 위에 위치하는 밀봉 테이프의 제2 단부는 제1 단부와 동일선상에 위치하거나, 제1 단부에 비해 상기 태양전지 패널의 중심을 향해 돌출될 수 있다.

이와는 달리, 제2 기판 위에 위치하는 밀봉 테이프의 제2 단부가 제1 단부에 비해 태양전지 패널의 중심을 향해 돌출될 수 있다

밀봉 테이프의 접착층에는 보호막의 단부가 접촉하거나, 보호막의 단부와 밀봉 테이프의 접착층 사이에 위치하는 밀봉재의 단부가 접촉할 수 있다.

보호막은 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)을 포함하는 실록산으로 형성될 수 있다.

이러한 특징에 따르면, 태양전지 패널의 가장자리부에 금속 재질의 프레임을 설치하는 경우에 비해 태양전지 모듈의 무게와 재료비를 줄일 수 있다.

또한, 밀봉 테이프의 최상층에 위치하는 보호층으로 인해 태양전지 패널 내부의 보호막 또는 밀봉재가 보호되므로, 보호막 또는 밀봉재가 열화되어 탈색 문제가 발생하는 것을 방지함과 아울러, 보호막, 밀봉재 및 기판의 계면 접착력이 약화되어 수분이 태양전지 모듈 내부로 침투하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 밀봉 테이프의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것도 포함한다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면도이다.

태양전지 모듈(100)은 태양전지 패널(200) 및 밀봉 테이프(300)를 포함한다.

태양전지 패널(200)은 광 투과성의 제1 기판(210), 제1 기판(210)의 상부에 배치되는 복수의 박막 태양전지(220), 박막 태양전지(220)의 상부에 배치되는 광 투과성의 제2 기판(230) 및 제1 기판(210)과 제2 기판(230)의 사이에 배치되는 보호막(240)을 포함한다.

제1 기판(210)은 투과율이 높은 강화 유리로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 제1 기판(210)은 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.

제1 기판(210)은 발전 영역(A1) 및 발전 영역(A1)의 가장자리부에 위치하는 에지 영역(A2)을 포함하고, 발전 영역(A1)에는 복수의 박막 태양전지(220)가 위치한다. 도면에서, 미설명 도면부호 A2'는 에지 분리 영역을 말하며, 에지 분리 영역(A2')은 에지 영역(A2)에 포함된다.

각각의 박막 태양전지(220)는 발전 영역(A1)의 제1 기판(210) 위에 순차적으로 적층되는 제1 전극(222), 광전 변환부(224) 및 제2 전극(226)을 포함한다.

제1 전극(222)은 금속 산화물, 예컨대 산화주석(SnO₂), 산화아연(ZnO), 또는 인듐 틴 옥사이드(ITO) 중에서 선택된 적어도 한 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 금속 산화물에 하나 이상의 불순물을 혼합한 혼합 물질로 이루어질 수도 있다.

제1 전극(222) 위에 위치하는 광전 변환부(224)는 제1 기판(210)의 입사면으로 입사되는 광을 전기로 변환하는 기능을 하는 것으로, 단일 접합형, 이중 접합형 또는 삼중 접합형 구조 중 하나일 수 있다.

광전 변환부(224)가 이중 접합형 또는 삼중 접합형으로 형성될 경우에는 광전 변환부의 사이에 반사층이 형성될 수도 있다. 이와 같이, 광전 변환부(224)의 구조는 본 발명에서 제한되지 않으며, 다양한 형태의 박막 구조로 형성될 수 있다.

광전 변환부(224) 위에 위치하는 제2 전극(226)은 금(Au), 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속 중에서 선택되는 하나의 금속으로 이루어질 수 있으며, 인접 배치된 박막 태양 전지의 제1 전극(222)과 전기적으로 연결된다.

예컨대, 에지 영역(A2)과 인접한 최외곽의 박막 태양전지의 제2 전극(226)은 이웃하는 박막 태양전지의 제1 전극(222)과 전기적으로 연결된다.

따라서, 복수의 박막 태양전지들은 서로 이웃하는 태양전지들과 직렬로 연결된다.

전술한 구조의 박막 태양전지를 복수개 구비하는 박막 태양전지 패널(200)은 박막 태양전지들을 덮는 보호막(240)에 의해 보호되고, 보호막(240) 위에는 광 투과성의 제2 기판(230)이 위치한다.

보호막(240)은 습기 침투로 인한 금속의 부식 등을 방지하고 태양전지(220)를 충격으로부터 보호한다.

보호막(240)은 단파장 대역, 예컨대 300㎚ 내지 500㎚에서의 광 투과율이 70% 이상인 실리콘 수지(Silicone resin)로 이루어질 수 있다. 이때, 실리콘 수지는 액상의 것 또는 필름 형태의 것을 사용할 수 있다.

보호막(240)을 구성하는 실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)과 같은 실록산으로 이루어질 수 있다.

빛의 파장에 따른 빛 흡수계수(absorption coefficient, cm^-1)를 살펴보면 실리콘 수지는 통상의 보호막 재질, 예를 들어 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)에 비해 단파장 대역, 예컨대 300㎚ 내지 500㎚에서의 빛의 흡수 계수가 낮다. 따라서, 단파장 대역에서의 빛 흡수율은 실리콘 수지가 EVA에 비해 낮다.

단파장 대역에서의 빛 흡수율이 낮다는 것은 단파장 대역의 빛을 잘 투과시킨다는 의미이다. 본 발명인의 실험에 의하면, 실리콘 수지, 보다 구체적으로 PDMS 또는 PDAS와 같은 실록산은 단파장 대역에서의 빛 투과율이 70% 이상인 것을 알 수 있었다.

따라서, 보호막(240)으로 실리콘 수지를 사용할 경우, 보호막(240)에서 흡수되는 빛의 양이 감소하므로, 태양 전지(10)의 내부로 입사되는 빛의 양이 증가한다. 따라서, 태양전지 모듈의 출력 효율이 향상된다.

그리고, 실리콘 수지로 이루어진 보호막은 자외선 노출로 인한 탈색 문제 및 공기와 산소 흡수로 인한 부식 문제를 억제할 수 있어 모듈의 내구성을 증가시킨다.

또한, 실리콘 수지는 경화 온도가 에틸렌 비닐 아세테이트에 비해 낮으므로 모듈화 공정을 보다 낮은 온도에서 실시할 수 있으며, 경화 시간을 단축하는 것도 가능하다.

예를 들면, 실리콘 수지는 대략 90℃ 내지 110℃의 온도, 바람직하게는 100℃의 온도에서 경화되지만, 에틸렌 비닐 아세테이트는 대략 165℃의 온도에서 경화된다. 따라서, 모듈화 공정을 보다 낮은 온도에서 실시할 수 있다.

그리고 실리콘 수지를 경화하는 데에는 대략 1.5분(min) 정도의 시간이 소비되지만, 에틸렌 비닐 아세테이트를 경화하는 데에는 대략 16분 정도의 시간이 소비된다. 따라서, 보호막의 경화 및 모듈화 공정에 소비되는 시간을 단축할 수 있다.

이와는 달리, 보호막(240)의 재료로 에틸렌 비닐 아세테이트, 또는 폴리 비닐 부티랄(Polyvinyl Butyral)과 같은 통상의 것을 사용하는 것도 가능하다.

보호막(240) 위에 배치되는 제2 기판(230)은 제1 기판(210)과 동일한 재질의 유리로 형성될 수 있으며, 이와는 달리 광 투과성의 수지, 예를 들면 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthlate, PET)로 형성될 수도 있다. 물론, 제1 기판(210)이 광 투과성의 수지로 형성되는 것도 가능하다.

이러한 구성의 태양전지 패널(200)은 가장자리부가 밀봉 테이프(300)에 의해 밀봉된다.

밀봉 테이프(300)는 도 3에 도시한 바와 같이 모재층(310), 모재층(310)의 한쪽 면에 위치하는 접착층(320) 및 모재층(310)의 다른 쪽 면에 위치하는 보호층(330)을 포함한다.

모재층(310)은 실리콘(Silicone)계 수지 또는 부틸(Butyl)계 수지로 형성되지만, 기계적 내구성이 우수한 경우 다른 종류의 수지를 사용하는 것도 무방하다.

보호층(330)은 보호막(240) 또는 추후 설명할 밀봉재가 태양광에 의해 열화되어 탈색 문제가 발생하고, 또한 보호막(240), 밀봉재 및 기판의 계면 접착력이 약화되는 것을 방지하기 위한 것으로, 불소계 수지로 형성된다.

하지만, 내광성, 내화학성, 내마모성이 우수한 다른 종류의 다른 수지를 사용하는 것도 가능하다.

접착층(320)은 밀봉 테이프(300)를 제1 기판(210)과 제2 기판(230) 및 보호막(240)에 접착하기 위한 것으로, 유리와의 접착성이 우수한 것이면 재질은 특별히 한정되지 않는다.

본 발명인의 실험에 의하면, 밀봉 테이프(300)가 0.1㎜ 내지 3㎜의 두께(T1)를 갖는 경우 우수한 밀봉성을 유지하면서도 태양전지 패널(200)의 가장자리부를 외부 충격으로부터 보호할 수 있음을 알 수 있었다.

따라서, 밀봉 성능 및 강도를 확보하기 위해 밀봉 테이프(300)는 0.1㎜ 내지 3㎜의 두께(T1)로 형성하는 것이 바람직하며, 특히 모재층(310)은 밀봉 테이프(300)의 전체 두께(T1)의 0.9배 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 구성의 밀봉 테이프(300)는 1㎜ 이상의 두꺼운 알루미늄 합금 재질로 형성된 통상의 프레임에 비해 무게가 가벼우므로 태양전지 모듈의 무게를 감소시킬 수 있고, 또한 재료비를 절감할 수 있어 태양전지 모듈의 제조 원가를 줄일 수 있다.

그리고 밀봉 테이프(300)의 전기적 저항 한도는 태양전지 모듈의 내전압 특성을 만족하는 범위에서 특별히 제한되지 않는다.

밀봉 테이프(300)는 태양전지 패널(200)의 가장자리부, 보다 구체적으로는 태양전지 패널(200)의 에지 영역(A2)에 설치되며, 태양전지 패널(200)의 측면을 덮는다.

에지 영역(A2)의 폭(W1)이 3㎜ 미만으로 형성되면 밀봉 테이프(300)와 기판이 중첩하는 영역의 폭이 너무 작아서 밀봉 테이프(300)에 의한 밀봉 성능이 저하될 수 있다. 그리고 에지 영역(A2)의 폭(W1)이 30㎜를 초과하면 태양전지 패널의 크기가 불필요하게 커지거나, 발전 영역의 크기가 감소하여 태양전지 모듈의 효율이 저하될 수 있다.

따라서, 에지 영역(A2)의 폭(W1)은 3㎜ 내지 30㎜의 범위 내에서 형성하는 것이 바람직하며, 박막 태양전지 모듈의 발전 효율과 안정성을 고려하면, 에지 영역(A2)의 폭(W1)은 8㎜ 내지 15㎜의 범위 내에서 로 형성하는 것이 더욱 바람직하다.

광 입사 면적이 감소하는 것을 방지하기 위해, 제1 기판(210) 위에 위치하는 밀봉 테이프(300)의 제1 단부(341)는 에지 영역(A2) 내에 위치한다.

그리고 제2 기판(230) 위에 위치하는 밀봉 테이프(300)의 제2 단부(343)는 도 2에 도시한 바와 같이 제1 단부(341)와 동일선(SL)상에 위치하거나, 도 4에 도시한 본 발명의 제2 실시예와 같이 제1 단부(341)에 비해 태양전지 패널(200)의 중심을 향해 돌출될 수 있다.

도 2 및 도 4에 도시한 제1 실시예 및 제2 실시예의 경우, 제1 기판(210)과 제2 기판(230)의 사이에 위치하는 보호막(240)이 태양전지 패널(200)의 측면까지 연장되어 있으므로, 태양전지 패널(200)의 측면에서 밀봉 테이프(300)의 접착층(320)에는 보호막(240)의 단부가 접촉한다.

이러한 구성의 태양전지 모듈(100)은 태양전지 패널(200)의 외곽으로 돌출한 보호막(240)을 제거한 상태에서 밀봉 테이프(300)를 태양전지 패널(200)의 가장자리부에 접착하는 것에 따라 제조할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면도로서, 본 실시예의 태양전지 모듈은 제1 기판(210)과 제2 기판(230)의 사이에 위치하는 보호막(240)의 단부 쪽에 밀봉재(250)가 위치할 수 있다.

밀봉재는 방습 특성이 우수한 재질의 수지로 형성될 수 있다. 따라서, 보호막(240)과 밀봉재(250)를 함께 사용하는 경우에는 보호막(240)만 사용하는 경우에 비해 더 우수한 밀봉성을 확보할 수 있는 이점이 있다.

이와 같이 밀봉재(250)를 사용하는 경우에는 태양전지 패널(200)의 측면에서 밀봉 테이프(300)의 접착층(320)에 밀봉재(240)가 접촉한다.

이상에서는 박막 태양전지를 구비한 박막 태양전지 모듈에 대해 설명하였지만, 본 발명은 태양전지의 종류에 관계없이 적용할 수 있음은 자명하다.

이와 같이, 본 발명은 상기 실시예로 제한되지 않으며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 태양전지 모듈 200: 태양전지 패널
210: 제1 기판 220: 박막 태양전지
230: 제2 기판 240: 보호막
250: 밀봉재 300: 밀봉 테이프
310: 모재층 320: 접착층
330: 보호층

Claims (20)

1. 하부 기판;
   복수의 태양전지들;
   상부 기판;
   상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 위치한 보호막;
   상기 하부 기판, 상기 상부 기판 및 상기 보호막을 포함하는 태양전지 패널의 가장자리부를 감싸는 밀봉 테이프
   를 포함하며,
   상기 밀봉 테이프는,
   상기 밀봉 테이프의 기계적 강도를 유지하기 위해 상기 밀봉 테이프 전체 두께의 0.9배 이상으로 형성되며, 기계적 내구성이 우수한 실리콘(Silicone)계 수지 또는 부틸(Butyl)계 수지로 형성되는 모재층,
   상기 모재층의 제1 면에 위치하며, 상기 모재층을 상기 태양전지 패널의 가장자리부에 접착하기 위한 접착층, 및
   상기 모재층의 상기 제1 면의 반대쪽에 위치하는 제2 면에 위치하며, 상기 모재층 및 상기 접착층을 보호하기 위해 내광성, 내화학성 및 내마모성이 우수한 불소계 수지로 형성되는 보호층을 포함하는 태양전지 모듈.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에서,
   상기 밀봉 테이프는 0.1㎜ 내지 3㎜의 두께로 형성되는 태양전지 모듈.
5. 제1항 또는 제4항에서,
   상기 상부 기판과 상기 하부 기판은 각각 광 투과성 재질로 형성되고, 상기 복수의 태양전지들은 박막 태양전지로 형성되는 태양전지 모듈.
6. 제5항에서,
   상기 태양전지 패널의 가장자리부에는 상기 박막 태양전지가 위치하지 않는 에지 영역이 구비되며, 상기 에지 영역은 3㎜ 내지 30㎜의 폭으로 형성되는 태양전지 모듈.
7. 제6항에서,
   상기 상부 기판 위에 위치하는 상기 밀봉 테이프의 제1 단부가 상기 에지 영역 내에 위치하는 태양전지 모듈.
8. 제7항에서,
   상기 하부 기판 위에 위치하는 상기 밀봉 테이프의 제2 단부가 상기 에지 영역 내에 위치하는 태양전지 모듈.
9. 제8항에서,
   상기 하부 기판 위에 위치하는 상기 밀봉 테이프의 제2 단부가 상기 제1 단부와 동일선상에 위치하는 태양전지 모듈.
10. 제9항에서,
    상기 보호막의 단부가 상기 밀봉 테이프의 접착층과 접촉하는 태양전지 모듈.
11. 제9항에서,
    상기 보호막의 단부와 상기 밀봉 테이프의 접착층 사이에 밀봉재가 위치하는 태양전지 모듈.
12. 제9항에서,
    상기 보호막은 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)을 포함하는 실록산으로 형성되는 태양전지 모듈.
13. 제8항에서,
    상기 하부 기판 위에 위치하는 상기 밀봉 테이프의 제2 단부가 상기 제1 단부에 비해 상기 태양전지 패널의 중심을 향해 돌출된 태양전지 모듈.
14. 제13항에서,
    상기 보호막의 단부가 상기 밀봉 테이프의 접착층과 접촉하는 태양전지 모듈.
15. 제13항에서,
    상기 보호막의 단부와 상기 밀봉 테이프의 접착층 사이에 밀봉재가 위치하는 태양전지 모듈.
16. 제13항에서,
    상기 보호막은 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)을 포함하는 실록산으로 형성되는 태양전지 모듈.
17. 제7항에서,
    상기 하부 기판 위에 위치하는 상기 밀봉 테이프의 제2 단부가 상기 제1 단부에 비해 상기 태양전지 패널의 중심을 향해 돌출된 태양전지 모듈.
18. 제17항에서,
    상기 보호막의 단부가 상기 밀봉 테이프의 접착층과 접촉하는 태양전지 모듈.
19. 제17항에서,
    상기 보호막의 단부와 상기 밀봉 테이프의 접착층 사이에 밀봉재가 위치하는 태양전지 모듈.
20. 제17항에서,
    상기 보호막은 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)을 포함하는 실록산으로 형성되는 태양전지 모듈.

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