CN108039224A - 用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆料及其制备方法，银浆料包含以下组分形银、有机载体、主体玻璃粉、添加玻璃粉、助剂。制备方法为制备有机载体：称取树脂、触变剂、溶剂，在恒温40～70℃的循环水浴保温下搅拌溶解，得到均匀稳定的有机载体；制备添加玻璃粉：称取原料，然后用粉体混合机进行充分预混合，将混合后的粉末装入白金坩埚，将熔融后的玻璃液倒入去离子水中水淬，将水淬后的玻璃粉通过再球磨粉碎、过筛分离、烘干后制得玻璃粉体；按比例称取球形银粉、主体玻璃粉、添加玻璃粉、有机载体和助剂，放入浆料罐中，搅拌至膏状后用行星式均质机搅拌混合均匀，再用EXAKT实验三辊机研磨分散至6μm以下，最终制成银浆。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及适用于金刚线切割的晶体硅太阳能电池片，使得正面银浆对电池片具有拉力的提升和光电转换效率的提升。
背景技术
随着社会的发展和人们经济生活水平的不断提高，人们对能源的需求量也不断提升，能源安全逐渐与政治、经济安全紧密联系在一起，但是人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到了一系列无法避免的能源安全挑战，能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题直接威胁这人类的生存和发展。光伏发电作为一种清洁能源，从本世纪初开始受益于各国政府丰厚的光伏补贴政策，太阳能电池安装量一直高速发展。
2016年以来，由于金刚线切割硅片及相关电池制备技术能实现光伏发电成本的快速下降，应对6.30之后光伏市场需求，在金刚线用于单晶硅片切割已成主流的情况下，金刚线多晶硅片切割及相关电池技术发展呈现井喷之势。在切割装备端，金刚线切割专用机、砂浆切割的改造机等技术不断升级，成本大幅下降；在金刚线制造端，电镀线、树脂线，线径不断降低、切割速度不断提升、单片耗线量不断减少；在电池制备端，新型添加剂不断涌现、干法和湿法黑硅制绒技术取得重大突破，实现了金刚线切割多晶硅片的有效制绒，多晶电池效率和组件功率不断提升，在电站应用端，金刚线技术的多晶电池组件已经开始规模化应用。
传统适用于砂浆切割硅片的银浆，适用在金刚线切割的多晶硅片上由于硅片绒面的变化，浆料的焊接拉力要降低50％，甚至出现副栅电极脱落的情况。由于光伏组件长期在室外骤冷骤热的环境中使用，这将大大降低电池组件的可靠性。
昭容化学工业株式会社申请的中国专利CN201480003448.7提出主体低软化点玻璃Bi-Te-W体系和高软化点玻璃粉Pb-Bi-Zn-Si体系搭配提高正面银浆拉力；杜邦专利US2017/0301804 A1也提出使用主体的Pb-Te-O和高熔点的Bi-Si-Zn搭配提高正面银浆的焊接拉力。实验证明这两种提升拉力的方式在传统的砂浆切割硅片上可以有效提升焊接拉力，在当前金刚线切割的硅片上使用，则没有提升焊接拉力的效果。并且这两种提升焊接的拉力的方式，均使太阳能电池的光电转换效率降低，相关专利上也有详细实验说明。
当前针对提高金刚线切割硅片上正银电极焊接拉力的研究，可见的方式是上海匡宇科技股份有限公司申请的中国专利CN106504814A使用Bi-Te-M无铅玻璃粉，该体系玻璃粉可以显著提升焊接拉力，并得到充分验证。但使用该玻璃粉制备的正面银浆串联电阻偏高，这一缺点在该专利公开文件中有明确的数据对比说明，直接导致光电转换效率的降低以及提高电池衰减速率。针对这一问题，本发明进行了专项实验研究，制备了适用于金刚线切割硅片的、可以工业化生产的高效高焊接拉力正银浆料。
发明内容
本发明的目的之一在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种适用于金刚线切割的晶体硅太阳能电池片，使得正面银浆对电池片具有拉力的提升和光电转换效率提升的用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆料。
为实现上述目的，本发明的技术方案之一是设计一种用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆料，所述银浆料包含以下重量百分比的组分：
球形银粉80～90％；
有机载体5～15％；
主体玻璃粉1.6～5.0％；
添加玻璃粉0.05～0.5％；
助剂0～1％。
其中优选的技术方案是，所述球形银粉型貌为球形，球形银粉的粒径分布D50:1.0～2.0μm；振实密度：4.0～6.0g/cm-3；比表面积0.2～0.5m2/g。
优选的技术方案还有，所述有机载体由溶剂、树脂、触变剂组成。
进一步优选的技术方案是，所述溶剂包括松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、己二酸二甲酯、十二碳醇酯、戊二酸二甲酯、二乙二醇二丁醚中的二种以上搭配使用。
进一步优选的技术方案还有，所述树脂包括乙基纤维素、丙烯酸纤维素、丁酸纤维素、氢化松香酯、聚乙烯缩丁醛中的一种或几种搭配使用。
进一步优选的技术方案还有，所述触变剂包括氢化蓖麻油型防沉触变剂、聚酰胺蜡型防沉触变剂中的至少一种。
优选的技术方案还有，所述主体玻璃粉为Pb-Te-Bi玻璃粉，其在浆料中的重量百分比例为1～3％，主体玻璃粉包含以下重量百分数的各组分：20～50％的PbO、20～50％的TeO2、10～30％的Bi2O3、0～5％的SiO2、0～4％的ZnO、0～3％的WO3、0～5％的Li2CO3，并且以上各组分之和为100％。软化点为240～350℃，粒径分布D50:0.6～1.5μm。
优选的技术方案还有，所述添加玻璃粉为Pb-Zn-Si高软化点玻璃，添加玻璃粉包括以下重量百分数的各组分：10～35％的PbO、20～40％的ZnO、5～20％的SiO2、2～8％的B2O3、1～10％的Cu2O、1～10％的MnO2、0～5％的TiO2。
本发明的目的之二在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种适用于金刚线切割的晶体硅太阳能电池片，使得正面银浆对电池片具有拉力的提升和光电转换效率提升的用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案之二是设计一种用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下工艺步骤：
步骤1：制备有机载体：按照所述有机载体由溶剂、树脂、触变剂组成，按以下比例称取质量分数为6～20％的树脂、1～6％的触变剂、其余为所述溶剂，在恒温40～70℃的循环水浴保温下搅拌溶解1～3小时，得到均匀稳定的有机载体；
步骤2：制备添加玻璃粉：按照添加玻璃粉为Pb-Zn-Si高软化点玻璃，添加玻璃粉包括以下重量百分数的各组分：10～35％的PbO、20～40％的ZnO、5～20％的SiO2、2～8％的B2O3、1～10％的Cu2O、1～10％的MnO2、0～5％的TiO2。成分比例称取原料，然后用粉体混合机进行充分预混合；
步骤3：将混合后的粉末装入白金坩埚，并在1100～1300℃下熔融1～2小时，将熔融后的玻璃液倒入去离子水中水淬；
步骤4：将水淬后的玻璃粉通过再球磨粉碎、过筛分离、烘干后制得粒径为0.5-3μm的玻璃粉体；
步骤5：按照权利要求7所述的组分比例称取球形银粉、主体玻璃粉、添加玻璃粉、有机载体和助剂，放入浆料罐中，搅拌至膏状后用行星式均质机搅拌混合均匀，再用EXAKT实验三辊机研磨分散至6μm以下，最终制备成适于金刚线切割硅片太阳能电池正面用银浆。
本发明的优点和有益效果在于：所述用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆及其制备方法可适用于金刚线切割的晶体硅太阳能电池片，使得正面银浆对电池片具有拉力的提升和光电转换效率提升的用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆制备方法。
其中添加玻璃粉采用的原理是控制在烧结过程中主体玻璃粉，过度流动，造成烧结后的银层内玻璃量不足，当铅锡焊接时，电极上的银层过多的溶解进入铅锡焊料，电极耐焊性不足，焊接拉力偏低的问题；添加玻璃粉的软化温度高于主体玻璃粉50～100℃，烧结后确保有足够的玻璃残留在电极内，增强耐焊；添加玻璃粉少量和主体玻璃粉相互作用，减缓了主体玻璃粉烧结过程中的流动性；添加玻璃粉在烧结过程中和氮化硅膜轻微发生反应，不穿透氮化硅膜避免对硅基体的损伤。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明一种用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆料，所述银浆料包含以下重量百分比的组分：
球形银粉80～90％；
有机载体5～15％；
主体玻璃粉1.6～5.0％；
添加玻璃粉0.05～0.5％；
助剂0～1％。
其中优选的技术方案是，所述球形银粉型貌为球形，球形银粉的粒径分布D50:1.0～2.0μm；振实密度：4.0～6.0g/cm-3；比表面积0.2～0.5m2/g。
所述有机载体由溶剂、树脂、触变剂组成。
所述溶剂包括松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、己二酸二甲酯、十二碳醇酯、戊二酸二甲酯、二乙二醇二丁醚中的二种以上搭配使用。
所述树脂包括乙基纤维素、丙烯酸纤维素、丁酸纤维素、氢化松香酯、聚乙烯缩丁醛中的一种或几种搭配使用。
所述触变剂包括氢化蓖麻油型防沉触变剂、聚酰胺蜡型防沉触变剂中的至少一种。
所述主体玻璃粉为Pb-Te-Bi玻璃粉，其在浆料中的重量百分比例为1～3％，主体玻璃粉包含以下重量百分数的各组分：20～50％的PbO、20～50％的TeO2、10～30％的Bi2O3、0～5％的SiO2、0～4％的ZnO、0～3％的WO3、0～5％的Li2CO3，并且以上各组分之和为100％。软化点为240～350℃，粒径分布D50:0.6～1.5μm。
所述添加玻璃粉为Pb-Zn-Si高软化点玻璃，添加玻璃粉包括以下重量百分数的各组分：10～35％的PbO、20～40％的ZnO、5～20％的SiO2、2～8％的B2O3、1～10％的Cu2O、1～10％的MnO2、0～5％的TiO2。
一种用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下工艺步骤：
步骤1：制备有机载体：按照所述有机载体由溶剂、树脂、触变剂组成，按以下比例称取质量分数为6～20％的树脂、1～6％的触变剂、其余为所述溶剂，在恒温40～70℃的循环水浴保温下搅拌溶解1～3小时，得到均匀稳定的有机载体；
步骤2：制备添加玻璃粉：按照添加玻璃粉为Pb-Zn-Si高软化点玻璃，添加玻璃粉包括以下重量百分数的各组分：10～35％的PbO、20～40％的ZnO、5～20％的SiO2、2～8％的B2O3、1～10％的Cu2O、1～10％的MnO2、0～5％的TiO2。成分比例称取原料，然后用粉体混合机进行充分预混合；
步骤3：将混合后的粉末装入白金坩埚，并在1100～1300℃下熔融1～2小时，将熔融后的玻璃液倒入去离子水中水淬；
步骤4：将水淬后的玻璃粉通过再球磨粉碎、过筛分离、烘干后制得粒径为0.5-3μm的玻璃粉体；
步骤5：按照权利要求7所述的组分比例称取球形银粉、主体玻璃粉、添加玻璃粉、有机载体和助剂，放入浆料罐中，搅拌至膏状后用行星式均质机搅拌混合均匀，再用EXAKT实验三辊机研磨分散至6μm以下，最终制备成适于金刚线切割硅片太阳能电池正面用银浆。
实施例1
制备有机载体：按照上述配方比例称取质量分数为3％的乙基纤维素、15％的氢化松香酯、6％的氢化蓖麻油防沉触变剂、质量分数为76％的溶剂(松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、己二酸二甲酯、十二碳醇酯、戊二酸二甲酯、二乙二醇二丁醚等中的二种以上搭配使用)，在恒温40～70℃的循环水浴保温下搅拌溶解1～3小时，得到均匀稳定的有机载体。
制备添加玻璃粉：按照配方量称取45％的PbO、20％的ZnO、15％的SiO2、10％的B2O3、5％的Cu2O、3％的MnO2、2％的TiO2的氧化物粉末，使用粉体混合机进行充分预混合。将混合后的粉末装入白金坩埚，并在1100～1300℃下熔融1～2小时，将熔融后的玻璃液倒入去离子水中水淬。水淬后获得的玻璃碎块，转移至球磨罐中进行球磨。行星式球磨机球磨速率设定在200rad/min；滚筒式球磨机转速设定在60rad/min。球磨时间为48小时。球磨所得玻璃粉使用1600目筛湿法过滤。玻璃粉液放入烘箱中，温度设置为105℃，直至水分烘干完全。
按照上述配方比例称取质量百分比为89.1％球形银粉、质量百分比为2％主体玻璃粉、质量百分比为0.05％的添加玻璃粉、有机载体8.35％、助剂0.5％,放入浆料罐中，手动搅拌至膏状，再用行星式均质机搅拌混合均匀，使用EXAKT实验三辊机研磨分散至6μm以下，制备成适于金刚线切割硅片太阳能电池正面用银浆。
实施例2
制备有机载体：按照配方比例称取质量分数为5％的乙基纤维素、15％的氢化松香酯、4％的氢化蓖麻油防沉触变剂、质量分数为76％的溶剂(松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、己二酸二甲酯、十二碳醇酯、戊二酸二甲酯、二乙二醇二丁醚等中的二种以上搭配使用)，在恒温40～70℃的循环水浴保温下搅拌溶解1～3小时，得到均匀稳定的有机载体。
制备添加玻璃粉：按照配方量称取48％的PbO、24％的ZnO、13％的SiO2、9％的B2O3、3％的Cu2O、2％的MnO2、1％的TiO2的氧化物粉末，使用粉体混合机进行充分预混合。将混合后的粉末装入白金坩埚，并在1100～1300℃下熔融1～2小时，将熔融后的玻璃液倒入去离子水中水淬。水淬后获得的玻璃碎块，转移至球磨罐中进行球磨。行星式球磨机球磨速率设定在200rad/min；滚筒式球磨机转速设定在60rad/min。球磨时间为48小时。球磨所得玻璃粉使用1600目筛湿法过滤。玻璃粉液放入烘箱中，温度设置为105℃，直至水分烘干完全。
按照上述配方比例称取质量百分比为89.1％球形银粉、质量百分比为2％主体玻璃粉、质量百分比为0.1％的添加玻璃粉、有机载体8.3％、助剂0.5％,放入浆料罐中，手动搅拌至膏状，再用行星式均质机搅拌混合均匀，使用EXAKT实验三辊机研磨分散至6μm以下，制备成适于金刚线切割硅片太阳能电池正面用银浆。
实施例3
制备有机载体：按照配方比例称取质量分数为5％的乙基纤维素、12％的氢化松香酯、6％的氢化蓖麻油防沉触变剂、质量分数为77％的溶剂(松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、己二酸二甲酯、十二碳醇酯、戊二酸二甲酯、二乙二醇二丁醚等中的二种以上搭配使用)，在恒温40-70℃的循环水浴保温下搅拌溶解1～3小时，得到均匀稳定的有机载体。
制备添加玻璃粉：按照配方量称取39％的PbO、22％的ZnO、16％的SiO2、10％的B2O3、8％的Cu2O、3％的MnO2、2％的TiO2的氧化物粉末，使用粉体混合机进行充分预混合。将混合后的粉末装入白金坩埚，并在1100～1300℃下熔融1～2小时，将熔融后的玻璃液倒入去离子水中水淬。水淬后获得的玻璃碎块，转移至球磨罐中进行球磨。行星式球磨机球磨速率设定在200rad/min；滚筒式球磨机转速设定在60rad/min。球磨时间为48小时。球磨所得玻璃粉使用1600目筛湿法过滤。玻璃粉液放入烘箱中，温度设置为105℃，直至水分烘干完全。
按照上述配方比例称取质量百分比为89.1％球形银粉、质量百分比为2.2％主体玻璃粉、质量百分比为0.1％的添加玻璃粉、有机载体8.1％、助剂0.5％,放入浆料罐中，手动搅拌至膏状，再用行星式均质机搅拌混合均匀，使用EXAKT实验三辊机研磨分散至6μm以下，制备成适于金刚线切割硅片太阳能电池正面用银浆。
实施例4
制备有机载体：按照配方比例称取质量分数为4％的乙基纤维素、13％的氢化松香酯、6％的氢化蓖麻油防沉触变剂、质量分数为77％的溶剂(松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、己二酸二甲酯、十二碳醇酯、戊二酸二甲酯、二乙二醇二丁醚等中的二种以上搭配使用)，在恒温40-70℃的循环水浴保温下搅拌溶解1～3小时，得到均匀稳定的有机载体。
制备添加玻璃粉：按照配方量称取41％的PbO、22％的ZnO、15％的SiO2、10％的B2O3、5％的Cu2O、5％的MnO2、2％的TiO2的氧化物粉末，使用粉体混合机进行充分预混合。将混合后的粉末装入白金坩埚，并在1100～1300℃下熔融1～2小时，将熔融后的玻璃液倒入去离子水中水淬。水淬后获得的玻璃碎块，转移至球磨罐中进行球磨。行星式球磨机球磨速率设定在200rad/min；滚筒式球磨机转速设定在60rad/min。球磨时间为48小时。球磨所得玻璃粉使用1600目筛湿法过滤。玻璃粉液放入烘箱中，温度设置为105℃，直至水分烘干完全。
按照上述配方比例称取质量百分比为89.1％球形银粉、质量百分比为2.2％主体玻璃粉、质量百分比为0.2％的添加玻璃粉、有机载体8.0％、助剂0.5％,放入浆料罐中，手动搅拌至膏状，再用行星式均质机搅拌混合均匀，使用EXAKT实验三辊机研磨分散至6μm以下，制备成适于金刚线切割硅片太阳能电池正面用银浆。
将上述银浆使用商业化的360目线径16μm，栅线开口宽度为36μm的网版，印刷在工业化的背面印刷好铝浆和背银的太阳电池片上，经过烘干和烧结后测试相关电气性能和焊接拉力。
| 浆料 | Pmpp | Uoc | Isc | Rs | Rsh | FF | NCell | 焊接拉力 |
| 实施例1 | 5.109 | 0.64528 | 9.8706 | 0.001698 | 373.967 | 80.351 | 0.20103 | 1.8-2.2 |
| 实施例2 | 5.109 | 0.64477 | 9.8725 | 0.001739 | 215.543 | 80.356 | 0.20093 | 2.0-2.3 |
| 实施例3 | 5.112 | 0.64536 | 9.8690 | 0.001777 | 351.135 | 80.307 | 0.20105 | 2.1-2.8 |
| 实施例4 | 5.101 | 0.64605 | 9.8685 | 0.001862 | 286.200 | 80.289 | 0.20080 | 2.2-3.0 |
| 对比样 | 5.113 | 0.64575 | 9.8773 | 0.001621 | 331.311 | 80.362 | 0.20112 | 1.5-2.0 |
对比样为市场常规使用的产品，通过对比数据可以判断本发明的适用于金刚线切割硅片太阳能电池的正面银浆可以达到市售产品的性能。同时该产品有效的提升了金刚线切割硅片太阳能电池的焊接拉力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆料，其特征在于，所述银浆料包含以下重量百分比的组分：
球形银粉80～90％；
有机载体5～15％；
主体玻璃粉1.6～5.0％；
添加玻璃粉0.05～0.5％；
助剂0～1％。
2.如权利要求1所述用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆料，其特征在于，所述球形银粉型貌为球形，球形银粉的粒径分布D50:1.0～2.0μm；振实密度：4.0～6.0g/cm-3；比表面积0.2～0.5m2/g。
3.如权利要求1所述用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆料，其特征在于，所述有机载体由溶剂、树脂、触变剂组成。
4.如权利要求3所述用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆料，其特征在于，所述溶剂包括松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、己二酸二甲酯、十二碳醇酯、戊二酸二甲酯、二乙二醇二丁醚中的二种以上搭配使用。
5.如权利要求3所述用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆料，其特征在于，所述树脂包括乙基纤维素、丙烯酸纤维素、丁酸纤维素、氢化松香酯、聚乙烯缩丁醛中的一种或几种搭配使用。
6.如权利要求3所述用于金刚线切割硅片的太能电池正面银浆料，其特征在于，所述触变剂包括氢化蓖麻油型防沉触变剂、聚酰胺蜡型防沉触变剂中的至少一种。
7.如权利要求1所述用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆料，其特征在于，所述主体玻璃粉为Pb-Te-Bi玻璃粉，其在浆料中的重量百分比例为1～3％，主体玻璃粉包含以下重量百分数的各组分：20～50％的PbO、20～50％的TeO2、10～30％的Bi2O3、0～5％的SiO2、0～4％的ZnO、0～3％的WO3、0～5％的Li2CO3，并且以上各组分之和为100％。软化点为240～350℃，粒径分布D50:0.6～1.5μm。
8.如权利要求1所述用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆料，其特征在于，所述添加玻璃粉为Pb-Zn-Si高软化点玻璃，添加玻璃粉包括以下重量百分数的各组分：10～35％的PbO、20～40％的ZnO、5～20％的SiO2、2～8％的B2O3、1～10％的Cu2O、1～10％的MnO2、0～5％的TiO2。
9.用于金刚线切割硅片太阳能电池正面银浆制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下工艺步骤：
步骤1：制备有机载体：按照权利要求3中的组分，按以下比例称取质量分数为6～20％的树脂、1～6％的触变剂、其余为所述溶剂，在恒温40～70℃的循环水浴保温下搅拌溶解1～3小时，得到均匀稳定的有机载体；
步骤2：制备添加玻璃粉：按照权利要求8中的成分比例称取原料，然后用粉体混合机进行充分预混合；
步骤3：将混合后的粉末装入白金坩埚，并在1100～1300℃下熔融1～2小时，将熔融后的玻璃液倒入去离子水中水淬；
步骤4：将水淬后的玻璃粉通过再球磨粉碎、过筛分离、烘干后制得粒径为0.5-3μm的玻璃粉体；
步骤5：按照权利要求7所述的组分比例称取球形银粉、主体玻璃粉、添加玻璃粉、有机载体和助剂，放入浆料罐中，搅拌至膏状后用行星式均质机搅拌混合均匀，再用EXAKT实验三辊机研磨分散至6μm以下，最终制备成适于金刚线切割硅片太阳能电池正面用银浆。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180515 |
|
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