專利名稱：利用臨時(shí)襯底制造太陽(yáng)能電池薄片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用臨時(shí)襯底制造太陽(yáng)能電池單元的方法。本發(fā)明還涉及由此得到的太陽(yáng)能電池薄片。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池薄片，又稱光伏薄片，一般包括載體和光伏(PV)層，其中，光伏層由在包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的正面電極(在薄片的正面)與背面電極(在薄片的背面)之間設(shè)置的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。正面電極透明，使入射光能夠到達(dá)半導(dǎo)體材料，其中入射輻射轉(zhuǎn)換為電能。以此方式，光可用于產(chǎn)生電流，這為例如化石燃料或核能提供了一種令人關(guān)注的替換物。
WO 98/13882和WO 99/49483說(shuō)明了一種制造光伏薄片的方法，包括以下步驟提供臨時(shí)襯底，施加透明導(dǎo)電氧化物，施加光伏層，施加背面電極層，施加載體，去除臨時(shí)襯底，以及，優(yōu)選地在透明導(dǎo)體層上施加透明的保護(hù)性頂部涂覆。該方法能夠卷至卷(roll-to-roll)制造光伏薄片或器件，同時(shí)可以利用任何希望的透明導(dǎo)體材料和沉積方法，而不危害PV層的電流產(chǎn)生作用。在WO 98/13882中，抗蝕劑可能用于覆蓋非鄰近的最左和最右透明導(dǎo)體導(dǎo)電線，以在這些側(cè)面導(dǎo)電線和側(cè)面電極之間提供電接觸。通過(guò)以這種方式使部分臨時(shí)襯底保持在合適位置，不需要單獨(dú)施加這些接觸。WO 01/78156和WO 01/47020說(shuō)明了基于該方法的變化。
太陽(yáng)能電池的最大電壓由入射光的強(qiáng)度并由電池的構(gòu)成，更具體地說(shuō)，由半導(dǎo)體材料的性質(zhì)確定。當(dāng)太陽(yáng)能電池的表面積增加時(shí)，產(chǎn)生更多的能量，但電壓保持不變。為了增大電壓，通常將太陽(yáng)能電池薄片分成串聯(lián)連接的不同電池。這可通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)，例如利用激光、蝕刻或任何其它構(gòu)圖方法在太陽(yáng)能電池電極層中設(shè)置凹槽，以及在一塊電池的正面電極與另一塊電池的背面電極之間建立導(dǎo)電接觸，同時(shí)阻斷各自在互連的不同側(cè)的正面電極和背面電極，以防止短路。當(dāng)采用太陽(yáng)能電池薄片時(shí)，通過(guò)載體結(jié)合各電池。上述專利申請(qǐng)說(shuō)明了實(shí)現(xiàn)串聯(lián)連接的各種方法。
然而，當(dāng)具有串聯(lián)連接時(shí)，通過(guò)以上參考文獻(xiàn)中所述的方法制備的光伏薄片看起來(lái)具有質(zhì)量降低的缺點(diǎn)。已發(fā)現(xiàn)很難提供均勻且高產(chǎn)品質(zhì)量的光伏薄片。更具體地說(shuō)，已發(fā)現(xiàn)在通過(guò)蝕刻去除臨時(shí)襯底期間，在互連位置可能損傷TCO層。在蝕刻步驟期間，蝕刻劑可滲入損傷的TCO層，并進(jìn)入互連，從而破壞互連。一個(gè)問(wèn)題是，通過(guò)保留臨時(shí)襯底，在TCO層的兩個(gè)隔離部分之間可能發(fā)生短路。因此，需要一種更耐用的方法，用于制備具有通過(guò)臨時(shí)襯底串聯(lián)連接的太陽(yáng)能電池薄片，該方法產(chǎn)生更高質(zhì)量和最小短路問(wèn)題的更均勻產(chǎn)品。本發(fā)明提供了這樣一種方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種制造太陽(yáng)能電池薄片的方法，包括以下步驟提供可蝕刻的臨時(shí)襯底；在所述臨時(shí)襯底上施加透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的正面電極；在所述TCO層上施加光伏層；施加背面電極層；施加永久載體；確保所述正面電極和所述背面電極在互連中電連接，以建立串聯(lián)連接，在所述互連的不同側(cè)，分別通過(guò)正面凹槽和背面凹槽阻斷各所述正面電極和所述背面電極；在上述步驟的任何一個(gè)步驟中，至少在所述互連位置，且至少不在所述正面凹槽的整個(gè)位置，在所述臨時(shí)襯底的非TCO側(cè)上設(shè)置抗蝕劑；以及選擇性去除沒(méi)有用抗蝕劑覆蓋的所述臨時(shí)襯底。
根據(jù)本發(fā)明的方法的結(jié)果是，在互連的位置，部分臨時(shí)襯底保留在TCO層上。已發(fā)現(xiàn)得到的臨時(shí)襯底材料的保護(hù)性帽蓋的存在改善了太陽(yáng)能電池薄片的均勻性和質(zhì)量方面的特性。更具體地說(shuō)，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法制備的太陽(yáng)能電池薄片得到的無(wú)效電池少于臨時(shí)襯底被整個(gè)去除的類似的太陽(yáng)能電池薄片。
本發(fā)明還涉及一種太陽(yáng)能電池單元，包括正面電極、PV層，以及背面電極層，其中所述太陽(yáng)能電池單元被分成串聯(lián)連接的至少兩個(gè)分立的電池，所述串聯(lián)連接包括電連接一個(gè)電池的所述正面電極和鄰近電池的所述背面電極的互連，同時(shí)在所述互連的不同側(cè)阻斷各所述正面電極和所述背面電極，在所述太陽(yáng)能電池單元中，在所述互連位置的所述正面電極上存在保護(hù)性帽蓋，其中所述保護(hù)性帽蓋為不同于所述互連的材料。該太陽(yáng)能電池單元可通過(guò)本發(fā)明構(gòu)思的方法得到，但也可通過(guò)不同的方法得到。優(yōu)選地，所述太陽(yáng)能電池單元是適于在卷至卷方法中處理的柔性太陽(yáng)能電池薄片。
本發(fā)明的方法和太陽(yáng)能電池單元具有多個(gè)其它優(yōu)點(diǎn)。
首先，如果保護(hù)性帽蓋由導(dǎo)電材料制成，例如，當(dāng)其源于由導(dǎo)電材料制成的臨時(shí)襯底時(shí)，該保護(hù)性帽蓋可用作部分互連，從而改善互連的導(dǎo)電特性。這也允許較不嚴(yán)格地控制在制造互連時(shí)所采用的與TCO的性能相關(guān)的條件，因?yàn)榧词乖谥圃旎ミB期間TCO遭到損傷，導(dǎo)電臨時(shí)襯底材料的保護(hù)性帽蓋的存在也可以確保互連正常作用。
此外，通過(guò)適當(dāng)?shù)倪B接，可使得在TCO層上保留的臨時(shí)襯底條用作部分電流收集柵極(grid)，即導(dǎo)電材料的線狀圖形，其以這樣的方式施加，以使得能夠容易地收集在光伏層中產(chǎn)生并流過(guò)電極的載流子(電子)。由于在互連位置太陽(yáng)能電池不產(chǎn)生能量，該互連是柵極的理想位置，因?yàn)樵谠撐恢脰艠O的存在沒(méi)有不利地影響太陽(yáng)能電池薄片的電流產(chǎn)生特性。
此外，在互連上的導(dǎo)電條的存在使得將太陽(yáng)能電池薄片分為分立的單元更容易，因?yàn)榭梢赃@樣的方式設(shè)置導(dǎo)電條，可將其用于連接電極，以將太陽(yáng)能電池薄片連接到“外部世界”。
在本說(shuō)明書的上下文中，術(shù)語(yǔ)蝕刻旨在表示通過(guò)例如溶解的化學(xué)方法去除。可蝕刻的襯底是通過(guò)化學(xué)方法可被去除的襯底；抗蝕劑是可至少暫時(shí)抵抗在去除臨時(shí)襯底期間應(yīng)用的條件的材料?？刮g劑可以是對(duì)在互連位置的臨時(shí)襯底施加的，且將至少暫時(shí)保護(hù)臨時(shí)襯底不受蝕刻劑作用的任何材料。各種抗蝕劑均可考慮。首先，具有這樣的抗蝕劑，其可抵抗蝕刻劑的作用，并將在方法的某個(gè)階段不會(huì)從臨時(shí)襯底被去除。將這種抗蝕劑表示為永久抗蝕劑。相反地，還可以考慮臨時(shí)抗蝕劑，即在處理的某個(gè)后續(xù)階段將被去除的抗蝕劑。
可以各種方式實(shí)現(xiàn)利用抗蝕劑從臨時(shí)襯底形成保護(hù)性帽蓋。例如，可施加抗蝕劑，進(jìn)行蝕刻步驟，并且可選地在某個(gè)后續(xù)步驟中去除抗蝕劑?？赡芘R時(shí)襯底比希望的保護(hù)性帽蓋的厚度厚。在這種情況下，可以首先蝕刻部分臨時(shí)襯底，然后施加抗蝕劑，并隨后去除臨時(shí)襯底的未受保護(hù)部分。在這種情況下，也可以首先施加臨時(shí)抗蝕劑，然后部分去除未受抗蝕劑保護(hù)的臨時(shí)襯底。然后，去除臨時(shí)抗蝕劑，并進(jìn)行后續(xù)的蝕刻步驟，以減小保護(hù)性帽蓋的厚度。為實(shí)現(xiàn)后一種選擇，也可以采用僅對(duì)蝕刻劑臨時(shí)抵抗的材料。如果采用實(shí)際上為蝕刻延緩劑的這種材料，將發(fā)生以下情況。首先，該蝕刻延緩劑確保僅僅在臨時(shí)襯底未受蝕刻延緩劑保護(hù)的位置發(fā)生蝕刻。然后，當(dāng)蝕刻延緩劑已溶解時(shí)，該蝕刻劑確保減小了保護(hù)性帽蓋的厚度。
本發(fā)明的方法的一個(gè)具體實(shí)施例是這樣的方法，其中抗蝕劑是永久抗蝕劑，可選擇其顏色，以使互連上的帽蓋的顏色與太陽(yáng)能電池單元的能量產(chǎn)生部分的顏色匹配或形成反差。
太陽(yáng)能電池單元的能量產(chǎn)生部分與彩色的互連帽蓋之間的顏色差異可通過(guò)dEab表示，其定義如下dEab＝(dL2+da2+db2)1/2其中dL、da和db分別是具有染色材料的部分與太陽(yáng)能電池單元的能量產(chǎn)生部分之間的亮度、藍(lán)色和紅色的差異。可利用D65光源根據(jù)CIELAB程序確定L、a和b值。如果互連帽蓋的顏色與太陽(yáng)能電池單元的顏色匹配，dEab通常在約5以下，優(yōu)選在約2以下，更優(yōu)選在約0.3以下。在這種情況下，可提到利用偽裝顏色。如果將互連帽蓋的顏色選擇為與太陽(yáng)能電池單元的能量產(chǎn)生部分的顏色形成反差時(shí)，dEab通常在約10以上，優(yōu)選在約12以上，更優(yōu)選在約20與100之間。如果使用的顏色多于一種時(shí)，通常這些顏色中的至少一種將滿足dEab值的以上要求。
區(qū)別顏色和匹配顏色的組合使用使得可以在均勻背景上用彩色設(shè)計(jì)裝飾太陽(yáng)能電池單元?？煽紤]的設(shè)計(jì)實(shí)例為圖形、字母、數(shù)字、條紋、矩形和方形。在該實(shí)施例中，通常10-90％的抗蝕劑具有區(qū)別顏色，而90-10％的抗蝕劑具有偽裝顏色。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可在任何階段進(jìn)行在臨時(shí)襯底上施加抗蝕劑。例如，可以在方法的開(kāi)始之前，即在臨時(shí)襯底的另一側(cè)上施加TCO之前施加抗蝕劑?？梢栽谌魏沃虚g階段施加，也可以在方法結(jié)束時(shí)，如果可應(yīng)用，在施加背面電極或者永久載體之后，且正好在通過(guò)蝕刻去除臨時(shí)襯底之前施加抗蝕劑。優(yōu)選后一種選擇，因?yàn)槠浞乐乖诜椒ǖ脑谇安糠制陂g抗蝕劑圖形受到損傷。后一種選擇也防止在臨時(shí)襯底“背面”上的抗蝕劑圖形的存在受到其它處理步驟的干擾。在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選卷至卷實(shí)施例中，如果在一卷或多卷上引入在其背面上的抗蝕劑中具有圖形的臨時(shí)襯底，兩種情況都可發(fā)生。在施加透明導(dǎo)電氧化物層之前施加抗蝕劑具有其它缺點(diǎn)，即抗蝕劑應(yīng)能夠承受在沉積透明導(dǎo)電氧化物層時(shí)經(jīng)常施加的高溫。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的首選實(shí)施例中，臨時(shí)襯底是柔性的，施加柔性永久載體，并且通過(guò)卷至卷方法實(shí)施該方法。
串聯(lián)連接進(jìn)行串聯(lián)連接的方式對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)不是關(guān)鍵的。通常，通過(guò)確保一個(gè)電池的正面電極和相鄰電池的背面電極在互連中電連接，同時(shí)在互連的不同側(cè)阻斷各正面電極和背面電極，建立串聯(lián)連接。
如上所述，在各太陽(yáng)能電池單元中，各自在互連的另一側(cè)阻斷背面電極和正面電極(TCO層)。對(duì)于這兩種阻斷而言，阻斷凹槽穿過(guò)電極層本身且可選地穿過(guò)PV層存在。對(duì)于下面將要討論的一些實(shí)施例，將明確地說(shuō)明穿過(guò)PV層凹槽存在，但其可普遍適用。然而，應(yīng)注意，如果穿過(guò)電極層并穿過(guò)PV層阻斷凹槽存在，那么應(yīng)注意確保電極沒(méi)有與在PV層中穿過(guò)凹槽的其它電極非故意地短路。例如，通過(guò)激光劃線，可在將施加上述阻斷凹槽的位置施加絕緣材料條。該絕緣材料將用作激光停止層，以防止通過(guò)下面材料的溶化形成短路。對(duì)于下面將要討論的一些實(shí)施例，將明確說(shuō)明絕緣材料條的提供，但它們也可用于其它實(shí)施例。當(dāng)可應(yīng)用時(shí)，絕緣材料可施加于TCO層和/或PV層上。
可以各種方式建立互連。可以通過(guò)穿過(guò)PV層施加凹槽，然后用導(dǎo)電材料填充凹槽建立互連。凹槽可延伸穿過(guò)或不延伸穿過(guò)TCO層、背面電極層，或TCO層和背面電極層兩者。這尤其取決于施加凹槽的方法步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，用于在PV層中填充凹槽的導(dǎo)電材料是背面電極材料。如果PV層是非晶Si層，還可通過(guò)熔合非晶Si層與背面電極，建立導(dǎo)電連接。如果PV層是非晶Si層，還可通過(guò)使Si再結(jié)晶為導(dǎo)電材料，建立互連。然而，較不優(yōu)選該選擇。
施加互連和阻斷凹槽的順序不重要，其將取決于在應(yīng)用的具體方法中什么是最合適的。
通常通過(guò)以下考慮確定互連以及阻斷TCO層與背面電極層的凹槽的寬度。在互連和阻斷凹槽的位置，太陽(yáng)能電池不能將光轉(zhuǎn)化成電?？紤]到這一點(diǎn)，互連和凹槽必須盡可能的窄。另一方面，它們必須足夠?qū)?，以確保取得希望的效果，即不同層的阻斷和具有充分電導(dǎo)率的正面與背面電極的連接。阻斷TCO層和背面電極層的凹槽的寬度一般為2至200μm，優(yōu)選5至75μm。互連的寬度一般為20至200μm，優(yōu)選50至150μm。
可在將要施加上述阻斷凹槽的位置施加的絕緣材料條應(yīng)足夠?qū)?，以允許在該條的寬度內(nèi)容易地提供阻斷凹槽。通常，該條的寬度在25與1,000μm之間，優(yōu)選在50與400μm之間，更優(yōu)選在50與200μm之間。
保護(hù)性帽蓋應(yīng)該足夠?qū)?，以確?；ミB真正得到保護(hù)。通常，保護(hù)性帽蓋在兩側(cè)延伸超出互連至少10μm，優(yōu)選至少50μm。通常，保護(hù)性帽蓋在兩側(cè)延伸超出互連至多200μm，優(yōu)選至多100μm。很明顯，如果保護(hù)性帽蓋導(dǎo)電，則它不可延伸超出阻斷TCO層的凹槽，如果保護(hù)性帽蓋延伸超出凹槽，就意味著凹槽兩側(cè)將變?yōu)殡娺B接。
阻斷正面電極和背面電極的凹槽通常是連續(xù)凹槽，因?yàn)槠淠康脑谟趯?shí)現(xiàn)不同電池條的適當(dāng)絕緣。另一方面，互連不必連續(xù)。如果需要，其可以具有不連續(xù)的形式，采用孔、條或坑的形式。由于工作效率的原因，可優(yōu)選連續(xù)的實(shí)施例。


圖1示出了在本發(fā)明的太陽(yáng)能模塊的兩個(gè)相鄰電池之間形成互連的方法步驟；圖2示出了太陽(yáng)能模塊的另一個(gè)實(shí)施例；圖3示出了形成太陽(yáng)能模塊的實(shí)施例的方法步驟；圖4示出了在太陽(yáng)能模塊中形成具有另一互連的實(shí)施例的方法步驟；圖5示出了具有絕緣條的太陽(yáng)能模塊的實(shí)施例；以及圖6示出了具有絕緣條的太陽(yáng)能模塊的另一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
可以考慮根據(jù)本發(fā)明的方法的各種實(shí)施例。
第一個(gè)實(shí)施例是基于WO 98/13882中說(shuō)明的串聯(lián)連接方法的變化。在圖1中示出了該方法。該方法包括以下步驟提供可蝕刻的臨時(shí)襯底；在所述臨時(shí)襯底上施加透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的正面電極，并在所述TCO層直到所述臨時(shí)襯底中設(shè)置凹槽；在所述TCO層上以及在所述TCO層中存在的所述凹槽中施加光伏層(PV層)，并且在所述PV層直到所述TCO層中設(shè)置凹槽；在所述PV層上以及在所述PV層中存在的所述凹槽中施加背面電極層，以形成將所述背面電極層連接到所述TCO層的互連，并且在所述背面電極層直到所述PV層中設(shè)置凹槽；在所述背面電極上施加永久載體；
在上述步驟的任何一個(gè)步驟中，在所述互連位置的所述臨時(shí)襯底的非TCO側(cè)上施加抗蝕劑；以及選擇性去除沒(méi)有用抗蝕劑覆蓋的所述臨時(shí)襯底。
在圖1中示出了該方法，其中圖1a示出了太陽(yáng)能電池薄片，包括其上具有TCO 2a、2b的臨時(shí)襯底1、PV層3、背面電極4和永久襯底5。互連6將TCO層連接到背面電極4。在互連位置的臨時(shí)襯底上設(shè)置抗蝕劑帽蓋7。圖1b中示出了在去除除了具有抗蝕劑帽蓋之外的臨時(shí)襯底后的同一個(gè)系統(tǒng)。在正面凹槽fg的位置沒(méi)有抗蝕劑存在，因此在正面凹槽fg的位置沒(méi)有剩余的臨時(shí)襯底(通常是導(dǎo)體，例如鋁)存在，不會(huì)在隔離的TCO部分2a和2b之間引起短路。
一些步驟示于圖2的第二個(gè)實(shí)施例的方法包括以下步驟提供可蝕刻的臨時(shí)襯底；在所述臨時(shí)襯底上施加透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的正面電極；在所述TCO層上施加光伏層(PV層)，并且在所述PV層直到所述TCO層中設(shè)置凹槽；在所述PV層上以及在所述PV層中存在的所述凹槽中施加背面電極層，以形成將所述背面電極層連接到所述TCO層的互連，并且在所述背面電極層直到所述PV層或穿過(guò)所述PV層直到所述TCO層中設(shè)置凹槽；施加永久載體；在上述步驟的任何一個(gè)步驟中，在所述互連位置的所述臨時(shí)襯底的非TCO側(cè)上設(shè)置抗蝕劑；選擇性去除沒(méi)有用抗蝕劑覆蓋的所述臨時(shí)襯底；以及從所述TCO層的存在所述臨時(shí)襯底的側(cè)穿過(guò)所述TCO層直到所述PV層或直到所述背面電極設(shè)置凹槽。
圖2a示出了太陽(yáng)能電池薄片，包括其上具有TCO 2的臨時(shí)襯底1、PV層3、背面電極4和永久襯底5?；ミB6將TCO層連接到背面電極。在互連位置的臨時(shí)襯底上設(shè)置抗蝕劑帽蓋7。圖2b中示出了在去除除了具有抗蝕劑帽蓋之外的臨時(shí)襯底后的同一個(gè)系統(tǒng)。此外，已在TCO層中建立了凹槽fg，以消除短路并完成串聯(lián)連接。
在該實(shí)施例的優(yōu)選變型中，在施加背面電極之前，在PV層上施加絕緣材料的保護(hù)條8、9。在適時(shí)地得到在背面電極中和在TCO層中的凹槽的位置施加這些條。這些條旨在在例如通過(guò)激光劃線設(shè)置凹槽期間保護(hù)下面的材料。該實(shí)施示于圖2c。
根據(jù)本發(fā)明的方法的第三實(shí)施例包括以下步驟提供可蝕刻的臨時(shí)襯底；在所述臨時(shí)襯底上施加透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的正面電極；在所述TCO層上施加光伏層(PV層)，并且穿過(guò)所述PV層直到所述TCO層或穿過(guò)所述TCO層直到所述臨時(shí)襯底設(shè)置凹槽；以這樣的方式在所述PV層上以及所述凹槽中施加背面電極層，在所述凹槽內(nèi)部將所述背面電極互連到所述正面電極，而在所述凹槽兩側(cè)上的所述背面電極相互電絕緣；施加永久載體；在上述步驟的任何一個(gè)步驟中，在所述互連位置的所述臨時(shí)襯底的非TCO側(cè)上設(shè)置抗蝕劑；選擇性去除沒(méi)有用抗蝕劑覆蓋的所述臨時(shí)襯底；以及從所述TCO層存在所述臨時(shí)襯底的側(cè)穿過(guò)所述TCO層直到所述PV層或直到所述背面電極設(shè)置凹槽。
該方法的一個(gè)實(shí)施例的一些步驟示于圖3。圖3a示出了太陽(yáng)能電池薄片，包括其上具有TCO 2的臨時(shí)襯底1、PV層3、背面電極4和永久襯底5。穿過(guò)PV層和TCO層直到臨時(shí)襯底存在凹槽g。在穿過(guò)PV層和TCO層的凹槽位置的臨時(shí)襯底上設(shè)置抗蝕劑帽蓋7。圖3b中示出了在去除除了具有抗蝕劑帽蓋之外的臨時(shí)襯底后的同一個(gè)系統(tǒng)。臨時(shí)襯底的保留部分也用于將背面電極從凹槽一側(cè)連接到電池另一側(cè)的TCO層。此外，在TCO層中建立凹槽fg，以消除短路并完成串聯(lián)連接。該方法的特性之一在于，保護(hù)性帽蓋也用作部分互連。因此，對(duì)該實(shí)施例而言，可蝕刻臨時(shí)襯底應(yīng)是導(dǎo)電的。
該實(shí)施例的第二個(gè)變型示于圖4。在該實(shí)施例中，PV層中的凹槽g沒(méi)有延伸穿過(guò)TCO層。在該實(shí)施例中，保護(hù)性帽蓋沒(méi)有用作部分互連，因此不必是導(dǎo)電的。然而，優(yōu)選利用導(dǎo)電臨時(shí)襯底。
本發(fā)明的第四實(shí)施例包括以下步驟提供可蝕刻的臨時(shí)襯底；在所述臨時(shí)襯底上施加透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的正面電極；在所述TCO上施加光伏層(PV層)，并穿過(guò)所述PV層和所述TCO直到所述臨時(shí)襯底設(shè)置凹槽，用絕緣材料填充所述凹槽，可選地同時(shí)施加帽蓋，并且，如果需要，施加絕緣條，并穿過(guò)所述PV層直到所述TCO建立導(dǎo)電連接(的前體)；在所述PV層上施加背面電極；在所述背面電極直到所述PV層凹槽，或者如果存在，直到所述絕緣條中設(shè)置凹槽；可選地施加永久載體；在上述步驟的任何一個(gè)步驟中，在所述互連位置的所述臨時(shí)襯底的非TCO側(cè)上設(shè)置抗蝕劑；以及選擇性去除沒(méi)有用抗蝕劑覆蓋的所述臨時(shí)襯底。
該方法示于圖5。圖5a示出了太陽(yáng)能電池薄片，包括其上具有TCO 2的臨時(shí)襯底1和PV層3。穿過(guò)PV層和TCO層直到臨時(shí)襯底存在凹槽fg。將用絕緣材料8填充該凹槽fg。已穿過(guò)PV層直到TCO設(shè)置另一個(gè)凹槽6。該凹槽6將形成互連的基礎(chǔ)，從而可視為互連前體。在圖5b中，已設(shè)置絕緣材料條8和9，一個(gè)在凹槽中穿過(guò)PV層和TCO層直到臨時(shí)襯底，一個(gè)在互連前體6的另一側(cè)上的PV層上。圖5c中，已添加背面電極4，其中凹槽bg在絕緣條9的頂部上。從而完成互連。另外，在互連位置的臨時(shí)襯底上設(shè)置抗蝕劑帽蓋7。圖5d示出了在施加永久載體5并去除除了具有抗蝕劑帽蓋之外的臨時(shí)襯底之后的同一個(gè)系統(tǒng)。
在該實(shí)施例中，互連(的前體)可以是凹槽，在施加背面電極時(shí)用背面電極材料填充該凹槽。該實(shí)施示于圖5?？蛇x地，雖然此時(shí)較不優(yōu)選該方法，但可以在單獨(dú)的步驟中用導(dǎo)電材料填充凹槽。最后，如果PV層是非晶Si層，也可以通過(guò)使非晶Si再結(jié)晶形成導(dǎo)電材料建立導(dǎo)電連接。該最后的選擇是最不優(yōu)選的選擇。
本發(fā)明的第五實(shí)施例包括以下步驟a.提供臨時(shí)襯底；b.施加透明導(dǎo)電氧化物(TCO)；c.在所述TCO上施加光伏層(PV層)；d.如果需要，在所述PV層上施加一個(gè)或兩個(gè)絕緣條；e.在所述PV層上以及，如果存在，在所述絕緣條上施加背面電極；f.如果需要，如果還沒(méi)有建立互連，在所述背面電極中修復(fù)分路(shunt)；g.在所述背面電極直到所述PV層，或者如果存在，直到絕緣條中施加凹槽；h.如果需要，施加永久載體；i.在上述步驟的任何一個(gè)步驟中，在所述互連的位置的所述臨時(shí)襯底的非TCO側(cè)上施加抗蝕劑；j.選擇性去除沒(méi)有用抗蝕劑覆蓋的所述臨時(shí)襯底；k.從所述TCO側(cè)穿過(guò)所述TCO層，并可選地，穿過(guò)所述PV層直到所述背面電極，或者如果存在，直到絕緣條，設(shè)置凹槽；以及l(fā).如果需要，在所述TCO層上施加密封劑，在該方法中，在步驟f與h之間，或者在步驟c與e之間，建立穿過(guò)所述PV層的導(dǎo)電連接。
圖6示出了由該方法的不同實(shí)施例得到的各種產(chǎn)品。這些圖形都示出了太陽(yáng)能電池薄片，包括TCO 2、PV層3、背面電極4和永久襯底5?；ミB6將TCO層連接到背面電極4。在臨時(shí)襯底1的保留部分上存在抗蝕劑帽蓋7以保護(hù)互連。在步驟f和h之間建立導(dǎo)電連接的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，可以在TCO層與背面電極之間的導(dǎo)電連接建立之前實(shí)現(xiàn)在TCO層、PV層和背面電極裝配上的分路修復(fù)。
通過(guò)包括以下步驟的方法得到圖6a的產(chǎn)品a.提供臨時(shí)襯底；b.施加透明導(dǎo)電氧化物(TCO)；c.在所述TCO上施加光伏層(PV層)；d.在所述PV層上施加背面電極；e.如果需要，在所述背面電極中修復(fù)分路；f.在所述背面電極直到所述PV層中設(shè)置凹槽，并在所述背面電極與所述TCO層之間設(shè)置互連；g.設(shè)置永久載體；h.在上述步驟的任何一個(gè)步驟中，在所述互連位置的所述臨時(shí)襯底的非TCO側(cè)上設(shè)置抗蝕劑；i.選擇性去除沒(méi)有用抗蝕劑覆蓋的所述臨時(shí)襯底；以及j.從所述TCO側(cè)穿過(guò)所述TCO層直到所述PV層設(shè)置凹槽。
圖6b的系統(tǒng)與圖6a的系統(tǒng)的不同之處在于，在施加背面電極之前在PV層上施加絕緣材料的兩個(gè)保護(hù)性條。從背面電極側(cè)直到絕緣條形成背面電極中的凹槽。穿過(guò)TCO層和PV層直到另一個(gè)絕緣條，形成TCO側(cè)的凹槽fg。
在圖6a和6b的實(shí)施例中，可通過(guò)各種方式建立TCO層與背面電極之間的導(dǎo)電連接。當(dāng)在建立互連6時(shí)背面電極已經(jīng)存在時(shí)，出現(xiàn)以下選項(xiàng)。如果在該實(shí)施例中，PV層是非晶Si層，可以通過(guò)利用激光熔合背面電極和非晶Si層建立導(dǎo)電連接。可選地，在這些實(shí)施例中，可以首先從太陽(yáng)能電池單元的背面電極側(cè)劃刻凹槽，并通過(guò)用導(dǎo)電材料填充凹槽建立或改善互連。然而，較不優(yōu)選該選擇。
圖6c的產(chǎn)品與圖6a的產(chǎn)品的不同之處在于，互連阻斷了TCO層，而不是太陽(yáng)能電池薄片的背面電極。其可以通過(guò)包括以下步驟方法得到a.提供臨時(shí)襯底；b.施加透明導(dǎo)電氧化物(TCO)；c.在所述TCO層上施加光伏層(PV層)；
d.穿過(guò)所述PV層以及可選地穿過(guò)所述TCO層設(shè)置互連；e.在所述PV層上施加背面電極；f.在所述背面電極直到所述PV層中設(shè)置凹槽；g.設(shè)置永久載體；h.在上述步驟的任何一個(gè)步驟中，在互連位置的所述臨時(shí)襯底的非TCO側(cè)上施加抗蝕劑；i.選擇性去除沒(méi)有用抗蝕劑覆蓋的臨時(shí)襯底；以及j.從所述TCO側(cè)穿過(guò)所述TCO層直到所述PV層設(shè)置凹槽。
圖6d的系統(tǒng)與圖6c的系統(tǒng)的不同之處在于，在施加背面電極之前，在PV層上施加絕緣材料的兩個(gè)保護(hù)性條。從背面電極側(cè)直到絕緣條形成背面電極中的凹槽。穿過(guò)TCO層和PV層直到另一個(gè)絕緣條形成TCO側(cè)的凹槽。在該實(shí)施例中，可通過(guò)各種方式建立TCO層與背面電極之間的導(dǎo)電連接。如果在該實(shí)施例中，PV層是非晶Si層，可以通過(guò)利用激光使非晶Si層再結(jié)晶形成導(dǎo)電連接建立導(dǎo)電連接?？蛇x地，并且優(yōu)選地，在該實(shí)施例中，可以首先穿過(guò)PV層和TCO層劃刻凹槽，并通過(guò)用導(dǎo)電材料填充凹槽建立互連。
臨時(shí)襯底臨時(shí)襯底必須滿足幾個(gè)條件。如上所述，臨時(shí)襯底必須可蝕刻。臨時(shí)襯底必須足夠耐熱以能夠承受在制造太陽(yáng)能電池薄片期間，更具體地說(shuō)在沉積TCO和PV層期間通常使用的條件。其強(qiáng)度必須足夠高以能夠在制造太陽(yáng)能電池薄片期間支撐該薄片。它必須容易從TCO層去除，而不損傷TCO層。如果旨在在互連中起作用，它必須高效導(dǎo)電。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠在該方針下選擇合適的臨時(shí)襯底。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中所采用的臨時(shí)襯底優(yōu)選金屬或金屬合金的薄片。其主要原因在于，這些薄片呈現(xiàn)良好的導(dǎo)電性，通常能夠承受高處理溫度，升華逸散很慢，且利用已知蝕刻技術(shù)比較容易去除。選擇金屬薄片，更具體地說(shuō)鋁或銅的另一個(gè)原因在于，最后太陽(yáng)能電池薄片必須具有邊緣電極，該邊緣電極必須將太陽(yáng)能電池薄片連接到裝置或電網(wǎng)。臨時(shí)襯底的剩余部分可用于此目的，因此不需要單獨(dú)提供邊緣電極。
適合的金屬包括鋼、鋁、銅、鐵、鎳、銀、鋅、鉬、鉻及其合金或多層結(jié)構(gòu)。主要由于經(jīng)濟(jì)原因，優(yōu)選采用Fe、Al、Cu或其合金。已知其性能(且考慮到成本)，最優(yōu)選鋁、鐵和銅。
已知用于去除金屬的合適的蝕刻劑和技術(shù)，雖然它們依據(jù)金屬的不同而不同，技術(shù)人員將能夠作出合適的選擇。優(yōu)選的蝕刻劑包括酸(Lewis酸和Bronstedt酸)。因此，對(duì)于銅，優(yōu)選利用FeCl3、硝酸或硫酸。用于鋁的合適蝕刻劑為，例如NaOH、KOH，以及磷酸與硝酸的混合物。
如果將可選地通過(guò)電沉積制備的銅用作臨時(shí)襯底，優(yōu)選可選地通過(guò)電沉積的方法提供銅，該銅具有非還原性的擴(kuò)散阻擋層，例如抗侵蝕層，更具體地說(shuō)氧化鋅。這是因?yàn)殂~有穿過(guò)TCO層擴(kuò)散到PV層中的趨勢(shì)。也可以選擇能夠防止該擴(kuò)散的TCO，例如SnO2或ZnO?？赏ㄟ^(guò)例如電沉積、物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)施加抗擴(kuò)散層?？箶U(kuò)散層通常與臨時(shí)襯底一起從TCO去除。
為了方便去除，臨時(shí)襯底優(yōu)選盡可能薄。當(dāng)然，其厚度是這樣的厚度，可在其上設(shè)置其它層，且它必須能夠結(jié)合這些層，但這通常不要求其厚度大于500μm(0.5mm)。該厚度優(yōu)選在1到200μm(0.2mm)的范圍內(nèi)。根據(jù)彈性模量，許多材料的最小厚度是5μm。因此，優(yōu)選厚度為5-150μm，更具體地說(shuō)10-100μm。
TCO層合適透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的實(shí)例是氧化銦錫、氧化鋅、摻有鋁、氟、鎵或硼的氧化鋅、硫化鎘、氧化鎘、氧化錫，以及最優(yōu)選的F摻雜SnO2。優(yōu)選所述最后提到的透明電極材料，因?yàn)楫?dāng)其在高于400℃的溫度下，優(yōu)選在500到600℃范圍內(nèi)施加，或在所述溫度下后處理時(shí)，其可形成希望的具有柱狀光散射構(gòu)造的晶面。正是在這種TCO材料情況下，能夠承受如此高溫的臨時(shí)襯底的使用具有相當(dāng)?shù)奈Α４送?，該材料可以抵抗大多?shù)蝕刻劑，且與常用的氧化銦錫相比，該材料對(duì)化學(xué)物具有更好的抵抗力。并且，該材料便宜得多。
可通過(guò)本領(lǐng)域已知的方法，例如，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、濺射、常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)、PECVD、噴射熱分解、蒸發(fā)(物理氣相沉積)、電沉積、無(wú)電鍍、絲網(wǎng)印刷、溶膠-凝膠方法等或這些方法的組合制備TCO。優(yōu)選在大于250℃，優(yōu)選大于400℃，更優(yōu)選在450與600℃之間的溫度下施加和后處理TCO層，以得到希望的組分、特性和/或構(gòu)造的TCO層。
緩沖層如果需要，在TCO層與光伏層之間可存在緩沖層。緩沖層旨在保護(hù)TCO層不受主要在沉積PV層期間的條件的影響。緩沖層的性質(zhì)取決于PV層的性質(zhì)。在本領(lǐng)域中已知用于各種PV層的合適緩沖層。對(duì)于碲化鎘CdS而言，可提到In(OH，S)和Zn(OH，S)。如果在本說(shuō)明書中提到在TCO上沉積PV層，在所述TCO上可存在或不存在緩沖層。
光伏(PV)層施加TCO層后，可以適當(dāng)方法施加PV層。這里應(yīng)注意，在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“PV”層或“光伏層”包括吸收光并將光轉(zhuǎn)換為電所需的整個(gè)層系統(tǒng)。已知合適的層結(jié)構(gòu)及其施加的方法。對(duì)于本領(lǐng)域的一般常識(shí)可以參考Yukinoro Kuwano，“Photovoltaic Cells”，Ullmann’s Encyclopedia，Vol.A20(1992)，161和“Solar Technology”，Ullmann’s Encyclopedia，Vol.A24(1993)，369。
制造PV層可以采用各種薄膜半導(dǎo)體材料。例如，非晶硅(a-Si:H)、微晶硅、多晶非晶碳化硅(a-SiC)、a-SiC:H、非晶硅-鍺(a-SiGe)，以及a-SiGe:H。另外，根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池薄片中的PV層可包括CIS(聯(lián)硒化銅銦，CulnSe2)、碲化鎘(CdTe)、CIGSS(Cu(In，Ga)(Se，S))、Cu(In，Ga)Se2、ZnSe/CIS、ZnO/CIS，和/或Mo/CIS/CdS/ZnO，以及染料敏化太陽(yáng)能電池。
當(dāng)TCO包括摻F氧化錫時(shí)，PV層優(yōu)選非晶硅層。在這種情況下，PV層一般包括一組或多組p型摻雜、本征和n型摻雜的非晶硅層，其中p型摻雜層位于接收入射光的一側(cè)。
在a-Si-H實(shí)施例中，PV層至少包括p型摻雜非晶硅層(Si-p)、本征非晶硅層(Si-i)和n型摻雜非晶硅層(Si-n)。可以在第一組p-i-n層上施加第二組和更多組的p-i-n層。并且，可連續(xù)施加多個(gè)重復(fù)的p-i-n(“pinpinpin”或“pinpinpinpin”)層。通過(guò)層疊多個(gè)的p-i-n層，增大每個(gè)電池的電壓，并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。降低了光致劣化，即所謂的Staebler-Wronski效應(yīng)。此外，可通過(guò)選擇各層中，主要是i層中，尤其在i層內(nèi)的不同帶隙材料，優(yōu)化光譜響應(yīng)。PV層，更具體地說(shuō)所有a-Si層的總厚度，一般約為100至2,000nm，更典型地約為200至600nm，優(yōu)選約為300至500nm。
背面電極根據(jù)本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池薄片中的背面電極優(yōu)選用作反射器和電極。一般來(lái)說(shuō)，背面電極的厚度約為50至500nm，且可包括具有反光性能的任何合適的材料，優(yōu)選鋁、銀或兩者組合的層，并且該材料與下層的半導(dǎo)體層形成良好歐姆接觸。優(yōu)選地，可以通過(guò)例如電沉積、(真空)物理氣相沉積或?yàn)R射，在較低的溫度，例如低于250℃下施加金屬層。在銀的情況下，優(yōu)選首先施加粘附力促進(jìn)劑層。TiO2、TiN、ZnO和氧化鉻是用于粘附力促進(jìn)劑層的合適材料的實(shí)例，并且當(dāng)以合適厚度，例如50-100nm的厚度施加時(shí)，具有還擁有反射性能的優(yōu)勢(shì)。所需的背面電極可以是透明或不透明的。
永久載體太陽(yáng)能電池薄片具有永久載體。因?yàn)椋駝t薄片如此薄，以致其易碎性導(dǎo)致很難操作。在背面電極上施加永久載體。合適的載體層材料包括商業(yè)可得的聚合物膜，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚(2，6-萘二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯、聚氯乙烯、PVDF、PVDC、PPS、PES、PEEK、PEI，或具有非常良好性能的聚合物膜，例如芳族聚酰胺或聚酰亞胺膜，以及，例如其上可已施加了絕緣(介質(zhì))表面層的金屬箔，或塑料、強(qiáng)化纖維和填充物的合成物。優(yōu)選具有熱塑性粘合劑層的聚合“復(fù)合”膜，該粘合劑層的軟化點(diǎn)低于襯底本身的軟化點(diǎn)。如果需要，復(fù)合膜可具有例如聚酯(PET)、共聚多酯或鋁的抗擴(kuò)散層。優(yōu)選地，載體是厚度優(yōu)選為50μm至10mm的膜或薄片。優(yōu)選范圍為75μm至3mm和100μm至300μm。優(yōu)選載體的彎曲剛度高于16×10-2Nmm，并通常低于15×106Nmm，在本說(shuō)明書的上下文中，載體的彎曲剛度定義為以N/mm2為單位的彈性模量E和以mm為單位的厚度t的三次方的乘積(E×t3)。載體優(yōu)選適于用于卷至卷方法中。
載體可包括其最終用途所需要的結(jié)構(gòu)。因此，襯底可包括瓦片、屋頂薄鋼板和部件、正面部件、車和大篷車頂。然而，一般優(yōu)選柔性載體。在這種情況下，得到太陽(yáng)能電池薄片卷，該太陽(yáng)能電池薄片卷隨時(shí)可用，其中可從該卷中切出具有希望的功率和電壓的片。然后，可將這些片任意地并入(混合)屋頂部件或應(yīng)用到瓦片、屋頂薄鋼板、車和大篷車頂?shù)取?br> 如果需要，可在太陽(yáng)能電池的TCO側(cè)上設(shè)置頂部帽蓋或表面層，以保護(hù)TCO不受外界的影響。表面層一般是聚合物片(如果需要，具有腔)或聚合物膜。要求表面層具有高透射率，并且例如包括以下材料(全)氟化聚合物、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、PET、PEN或任何可用的透明涂料，例如用于汽車工業(yè)的透明涂料。如果需要，可設(shè)置額外的抗反射層或抗污層?？蛇x地，如果需要，可將整個(gè)太陽(yáng)能電池引入這樣的密封劑中。
抗蝕劑抗蝕劑可以是任何可施加到在互連位置的臨時(shí)襯底上的材料，其將保護(hù)臨時(shí)襯底不受蝕刻劑的作用。技術(shù)人員可以通過(guò)例行測(cè)試選擇合適的材料。合適的抗蝕劑包括熱塑性和熱固性的聚氨基甲酸酯和聚酰亞胺，熱固性聚合物例如EP、UP、VE、SI、(環(huán)氧)樹(shù)脂及丙烯酸脂，以及熱塑性聚合物例如PVC、PI及含氟聚合物等?？刮g劑一般包括添加劑，例如光敏引發(fā)劑或其它硬化劑、填充劑和增塑劑等?？刮g劑可以是臨時(shí)的，也就是說(shuō)其在方法的某個(gè)后續(xù)階段被去除?？蛇x地，并且優(yōu)選地，抗蝕劑可以是永久的。
通過(guò)蒸發(fā)或印刷/寫入適當(dāng)?shù)厥┘涌刮g劑。優(yōu)選通過(guò)已知的印刷方法施加抗蝕劑。合適的印刷方法包括絲網(wǎng)印刷、旋轉(zhuǎn)篩網(wǎng)(roto screen)印刷、噴墨方法和柔性凹版印刷(flexgravure)等?？刮g劑的顏色可通過(guò)對(duì)于技術(shù)人員所知的摻入合適色素和染料進(jìn)行調(diào)節(jié)。尤其對(duì)于永久抗蝕劑，可優(yōu)選存在色素和UV穩(wěn)定劑。
權(quán)利要求
1.一種制造太陽(yáng)能電池薄片的方法，包括以下步驟提供可蝕刻的臨時(shí)襯底；在所述臨時(shí)襯底上施加透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的正面電極；在所述TCO層上施加光伏層；施加背面電極層；施加永久載體；確保所述正面電極和所述背面電極在互連中電連接，以建立串聯(lián)連接，在所述互連的不同側(cè)，分別通過(guò)正面凹槽和背面凹槽阻斷各所述正面電極和所述背面電極；在上述步驟的任何一個(gè)步驟中，至少在所述互連位置，且至少不在所述正面凹槽的整個(gè)位置，在所述臨時(shí)襯底的非TCO側(cè)上設(shè)置抗蝕劑；以及選擇性去除沒(méi)有用抗蝕劑覆蓋的所述臨時(shí)襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述選擇性去除沒(méi)有用抗蝕劑覆蓋的所述臨時(shí)襯底的步驟之前，直接進(jìn)行所述在所述臨時(shí)襯底的所述非TCO側(cè)上施加所述抗蝕劑的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述抗蝕劑是永久抗蝕劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中選擇所述抗蝕劑的顏色，以使其與所述太陽(yáng)能電池單元的能量產(chǎn)生部分的顏色匹配或形成反差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述抗蝕劑是臨時(shí)抗蝕劑。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其中以卷至卷的方法進(jìn)行所述方法。
7.一種太陽(yáng)能電池單元，包括正面電極、PV層和背面電極層，其中將所述太陽(yáng)能電池單元分為至少兩個(gè)分立的串聯(lián)連接的電池，所述串聯(lián)連接包括電連接一個(gè)電池的所述正面電極與相鄰電池的所述背面電極的互連，同時(shí)在所述互連的不同側(cè)，阻斷各所述正面電極和所述背面電極，在所述太陽(yáng)能電池單元中，在所述互連的位置的所述正面電極上存在保護(hù)性帽蓋，其中所述保護(hù)性帽蓋是不同于所述互連的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的太陽(yáng)能電池單元，是適于在卷至卷方法中處理的柔性太陽(yáng)能電池薄片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造太陽(yáng)能電池薄片的方法，包括以下步驟提供可蝕刻的臨時(shí)襯底，在所述臨時(shí)襯底上施加透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的正面電極，在所述TCO層上施加光伏層，施加背面電極層，施加永久載體，確保所述正面電極和所述背面電極在互連中電連接，以建立串聯(lián)連接，在所述互連的不同側(cè)，分別通過(guò)正面凹槽和背面凹槽阻斷各所述正面電極和所述背面電極，在上述步驟的任何一個(gè)步驟中，至少在所述互連位置，且至少不在所述正面凹槽的整個(gè)位置，在所述臨時(shí)襯底的非TCO側(cè)上設(shè)置抗蝕劑，以及選擇性去除沒(méi)有用抗蝕劑覆蓋的所述臨時(shí)襯底。發(fā)明的方法在所述互連上設(shè)置了保護(hù)性材料帽蓋，產(chǎn)生具有改善的性能的太陽(yáng)能電池薄片。
文檔編號(hào)H01L31/0392GK1826693SQ200480021161
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月22日
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