CN101611498B - 透光性太阳能电池组件及其制造方法以及太阳能电池板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种透光性太阳能电池组件及其制造方法以及太阳能电池板。该太阳能电池组件构成为呈多段地配置有太阳能电池单元，该太阳能电池单元具有透明基体、设置在该透明基体的一部分表面上的镜面电极层以及设置在镜面电极层上的太阳能电池部，并且，该太阳能电池组件具有与设置在太阳能电池部表面侧的电极电连接的一配线以及与镜面电极层电连接的另一配线。该太阳能电池组件透光性优良且发电效率高。关于太阳能电池单元，各太阳能电池单元彼此以如下方式排列，即从一侧入射的光照射到任意的太阳能电池单元的太阳能电池部而被反射，该反射光在与所述任意的太阳能电池单元邻接配置的太阳能电池单元的镜面电极层被反射而到达另一侧。

Description

透光性太阳能电池组件及其制造方法以及太阳能电池板 
技术领域
本发明涉及一种透光性优良且发电效率高的透光性太阳能电池组件及其制造方法以及太阳能电池板。本发明的透光性太阳能电池组件和太阳能电池板适合设置于建筑物的窗户、可取入外部光的天花板等。 
本申请主张在2007年2月23日申请的美国专利申请第11/678377号的优先权，在此引用其内容。 
背景技术
作为太阳能电池组件、太阳能电池板(以下统称为太阳能电池)的现有技术，例如可举出公开在专利文献1、非专利文献1～3中的技术。 
专利文献1：(日本)特开2002-314114号公报 
非专利文献1：日経マイクロデバイス(日本  日经微装置)，2006年3月号，25～45页 
非专利文献2：電子材料(日本  电子材料)，2006年2月号，67～72页 
非专利文献3：コンバ一テツク(日本转换技术)，2006年9月号，49～54页 
在太阳能电池中，如果能够使被照射的一部分光透过，则能够在该太阳能电池中进行太阳光发电，并且，将透过的光作为室内的一部分照明光而使用，因此，这种透光性太阳能电池适合设置于建筑物的窗户、可取入外部光的天花板等。 
在现有技术中，作为具有透光性且可设置于建筑物的窗户等的太阳能电池，已知有：相隔适当的间隙用玻璃将形成于硅片的结晶型太阳能电池夹持的类型、在利用PE-CVD法等形成结晶硅薄膜的薄膜太阳能电池上设置微细的透过孔的类型、或色素型太阳能电池(色素增感型太阳能电池)。但是，结晶型太阳能电池、薄膜太阳能电池透光性差并存在如下问题，即若要确保透光性则发电效率降低。色素型太阳能电池由于发电效率不足并且着色显著，因此存在不能得到良好的照明光的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种透光性优良且发电效率高的透光性太阳能电池。 
为了达到所述目的，本发明提供一种透光性太阳能电池组件，其特征在于，该透光性太阳能电池组件构成为呈多段地配置有太阳能电池单元，该太阳能电池单元具有透明基体、设置在该透明基体的一部分表面上的镜面电极层以及设置在该镜面电极层上的太阳能电池部，并且，该透光性太阳能电池组件具有与设置在所述太阳能电池部表面侧的电极电连接的一配线以及与所述镜面电极层电连接的另一配线，这些太阳能电池单元构成为，各太阳能电池单元彼此以如下方式排列，即从一侧入射的光照射到任意的太阳能电池单元的太阳能电池部而被反射，该反射光在与所述任意的太阳能电池单元邻接配置的太阳能电池单元的镜面电极层被反射而到达另一侧。 
在本发明的透光性太阳能电池组件中，优选所述镜面电极层设置在具有锯齿状截面的多段凸部的透明基体的该多段凸部的各个凸部的一个面上，并且太阳能电池部设置在该镜面电极层上，该多段凸部使多个具有所述一个面和与该面交叉的另一个面的凸部相连设置而形成。 
在本发明的透光性太阳能电池组件中，优选在所述多段凸部的凸部之间的凹部填充有透明树脂而将组件整体形成为板状。 
在本发明的透光性太阳能电池组件中，优选所述太阳能电池单元构成为在具有大致平行的两个面的透明基体的一个面上，依次层叠有所述镜面电极层和太阳能电池部，并且多个太阳能电池单元的透明基体连接成一列。 
在所述透光性太阳能电池组件中，优选所述透明基体彼此经由透明的粘接剂连接成一列。 
另外，本发明提供一种透光性太阳能电池组件的制造方法，其特征在于，在具有锯齿状截面的多段凸部的透明基体的所述多段凸部的各个凸部的一个面上，使金属材料成膜而形成镜面电极层，该多段凸部使多个具有所述一个面和与该面交叉的另一个面的凸部相连设置而形成；接着，在该镜面电极层上使半导体材料成膜而形成太阳能电池部；接着，形成一配线和另一配线而得到透光性太阳 能电池组件，该一配线与设于所述太阳能电池部表面侧的电极电连接，该另一配线与所述镜面电极层电连接。 
在所述制造方法中，优选具有如下工序，即在形成所述一配线之后，在所述多段凸部的凸部之间的凹部填充透明树脂而将组件整体形成为板状。 
另外，本发明提供一种透光性太阳能电池组件的制造方法，其特征在于，使具有大致平行的两个面的透明基体的一个面朝上、使另一个面朝下，并且将多个透明基体紧密连接而排列成带状或平板状，并且在该透明基体的一个面上使金属材料成膜而形成镜面电极层；接着，在该镜面电极层上使半导体材料成膜而形成太阳能电池部，而制作太阳能电池单元；接着，将得到的多个太阳能电池单元重叠，以便在任意的太阳能电池单元的太阳能电池部上，相接其他太阳能电池单元的透明基体的另一个面；接着，形成一配线和另一配线而得到透光性太阳能电池组件，该一配线与设于所述太阳能电池部表面侧的电极电连接，该另一配线与所述镜面电极层电连接。 
在所述制造方法中，优选在各太阳能电池单元之间，经由透明的粘接剂重叠多个太阳能电池单元。 
在所述制造方法中，优选在重叠多个太阳能电池单元之后，在透光性太阳能电池组件周围的至少一部分上层叠透明树脂薄膜。 
在所述制造方法中，优选在重叠多个太阳能电池单元之后，在透光性太阳能电池组件周围的至少一部分上涂敷透明树脂。 
另外，本发明提供一种太阳能电池板，其特征在于，将前述本发明的透光性太阳能电池组件固定在框体而构成所述太阳能电池板。 
根据本发明，能够提供一种透光性优良且发电效率高的透光性太阳能电池。 
附图说明
图1是表示本发明的透光性太阳能电池组件的基本结构的主要部分剖面图； 
图2是表示作为本发明的透光性太阳能电池组件的第一实施方式的串联连接结构的透光性太阳能电池组件的主要部分立体图； 
图3是表示作为本发明的透光性太阳能电池组件的第一实施方式的串联连接结构的透光性太阳能电池组件的侧视图； 
图4是表示作为本发明的透光性太阳能电池组件的第一实施方式的串联连接结构的透光性太阳能电池组件的电路图； 
图5是表示作为本发明的透光性太阳能电池组件的第一实施方式的并联连接结构的透光性太阳能电池组件的主要部分立体图； 
图6是表示作为本发明的透光性太阳能电池组件的第一实施方式的并联连接结构的透光性太阳能电池组件的侧视图； 
图7是表示作为本发明的透光性太阳能电池组件的第一实施方式的并联连接结构的透光性太阳能电池组件的电路图； 
图8是表示将第一实施方式的透光性太阳能电池组件安装在窗户上的状态的简略剖面图； 
图9是说明本发明的透光性太阳能电池组件的制造方法的一例的简略结构图； 
图10是表示本发明的透光性太阳能电池组件的第二实施方式的主要部分剖面图； 
图11是说明本发明的透光性太阳能电池组件的制造方法的其他例子的简略结构图； 
图12是表示本发明的大型组件的第一例的立体图； 
图13是表示本发明的大型组件的第一例的俯视图； 
图14是表示本发明的大型组件的第二例的俯视图； 
图15是表示本发明的大型组件的第三例的俯视图； 
图16是表示本发明的大型组件的第四例的俯视图； 
图17是表示本发明的大型组件的第五例的俯视图； 
图18是表示本发明的大型组件的第六例的俯视图； 
图19是表示本发明的大型组件的第七例的俯视图； 
图20是表示本发明的大型组件的第八例的俯视图； 
图21是表示本发明的太阳能电池板的一实施方式的立体图。 
附图标记说明 
1  透光性太阳能电池组件 
2  透明基体 
3  镜面电极层 
4  太阳能电池部 
5 p型半导体层 
6 n型半导体层 
7、8  光 
9  电极 
10  一配线 
11  透明树脂 
12  太阳能电池单元 
13  另一配线 
14  窗户玻璃 
15  窗户薄膜 
16  真空室 
17  金属材料 
18  半导体材料 
19  半导体材料 
20  透光性太阳能电池组件 
21  透明基体 
22  太阳能电池单元 
23  粘接剂层 
24  薄膜 
25A～25H  大型组件(透光性太阳能电池组件) 
26  电极 
27  太阳能电池板 
28  框体 
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。下面的实施方式是本发明的示例，本发明并不限于下面的具体示例。 
图1～图8是表示本发明的透光性太阳能电池组件的第一实施方式的图。 
本实施方式的透光性太阳能电池组件1构成为，呈多段(多段)地配置有太阳能电池单元12，该太阳能电池单元12具有透明基体2、设置于该透 明基体2的一部分表面的镜面电极层3以及设置于该镜面电极层3上的太阳能电池部4，并且，该透光性太阳能电池组件1具有与设置在太阳能电池部4表面侧的电极9电连接的一配线10以及与镜面电极层3电连接的另一配线13。如图1所示，这些太阳能电池单元12的特征在于，各太阳能电池单元12彼此以如下方式排列，即从外部(一侧)入射的光7照射到任意的太阳能电池单元12的太阳能电池部4而被反射，该反射光在与所述任意的太阳能电池单元12的斜上方邻接配置的太阳能电池单元12的镜面电极层3被反射而到达室内(另一侧)。另外，如图1所示，本实施方式的透光性太阳能电池组件1构成为，对于从室内(一侧)出射到室外(另一侧)的光8，该光8也照射到任意的太阳能电池单元12的镜面电极层3而被反射，该反射光照射到配置于下方的太阳能电池单元12的太阳能电池部4，在进行发电之后能够出射到室外。 
在本实施方式的透光性太阳能电池组件1中，作为透明基体2，采用具有锯齿状截面的多段凸部的透明基体2，该多段凸部使多个具有一个面及与该面交叉的另一个面的凸部相连设置而形成。另外，所述镜面电极层3设置在该透明基体2的多段凸部的一个面上，并且太阳能电池部4设置在该镜面电极层3上。而且，在该多段凸部的凸部之间的凹部填充透明树脂11而将组件整体形成为板状。 
作为该透明基体2的材料，能够采用透明的合成树脂材料或玻璃，尤其是，从能够使组件轻量化、容易大量生产、能够廉价地制造大面积的组件等方面考虑，优选采用透明的合成树脂。作为透明的合成树脂，优选聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、聚苯乙烯树脂、聚甲基丙烯酸酯树脂、聚环烯烃树脂或者对这些树脂赋予耐候性而形成的树脂等。另外，关于所述透明树脂11，也能够采用与所述透明基体2相同的材料来制作，尤其是，优选容易填充到多段凸部的凸部之间的凹部且容易使其固化的紫外线固化型丙烯酸聚氨酯树脂或环氧丙烯酸酯等。 
作为所述镜面电极层3的材料，只要具有光反射性即可，可以举出铝(A1)、银(Ag)、金(Au)、铬(Cr)等金属薄膜。对于由这些金属薄膜形成的镜面电极层3的膜厚没有特别的限定，只要能够大致完全反射光并且与成膜于该层上的太阳能电池部4(p型半导体层5)电连接的电阻足够小即可。对于将这些金属薄膜仅成膜于透明基体2的一个面的方法，也没有特别限定， 能够采用真空蒸镀法或溅射法等薄膜形成方法、无电解电镀法、无电解电镀法和电解电镀法的组合等成膜方法。 
所述太阳能电池部4由设于所述镜面电极层3上的p型半导体层5以及设于该p型半导体层5上的n型半导体层6构成。在本发明中，作为太阳能电池部4，只要是通过照射光来产生电力的太阳能电池即可，能够从目前周知的各种类型的太阳能电池中适当选择，例如记载于非专利文献1～3中的单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、球状硅太阳能电池、GaAs等化合物半导体型太阳能电池等结晶类太阳能电池，非晶硅太阳能电池、非晶硅/晶体硅太阳能电池、CIS(CuInSe2)等薄膜类太阳能电池等。 
在太阳能电池部4表面的端部，设有与n型半导体层6电连接的电极9。该电极9能够如下形成，即在形成n型半导体层6后，采用形成镜面电极层3时使用的金属材料及成膜方法，将金属薄膜仅成膜于太阳能电池部4表面的端部而形成，或者也可以利用如下方法来形成，即与后述的配线10、13的形成方式同样地，利用丝网印刷法、喷墨印刷法等适当的印刷法涂敷银膏等导电性膏并使该膏固化的方法等。 
所述一配线10被设置为与设于太阳能电池部4表面侧的电极9电连接。另外，所述另一配线13被设置为与镜面电极层3电连接。该配线10、13能够利用如下方法来形成，即利用丝网印刷法、喷墨印刷法等适当的印刷法涂敷银膏等导电性膏并使该膏固化的方法等。 
图2～图4是表示本实施方式的透光性太阳能电池组件1中的配线结构的第一例的图。本实施例的配线结构表示利用一配线10将各太阳能电池单元12的电极9串联连接的情况。 
图5～图7是表示本实施方式的透光性太阳能电池组件1中的配线结构的第二例的图。本实施例的配线结构表示利用一配线10将各太阳能电池单元12的电极9并联连接的情况。 
图8是表示将本实施方式的透光性太阳能电池组件1安装于窗户上的状态的图。该透光性太阳能电池组件1能够设置在窗户玻璃14的室内侧或室外侧的任一侧。该透光性太阳能电池组件1可以利用适当的窗框固定夹具由螺钉等固定在窗框上，也能够通过如下操作固定于窗户玻璃14上，即在透光性太阳能电池组件1的光入射侧一体地接合窗户薄膜(ウインドウフイルム)15，并将窗户薄膜15的粘接面粘接固定在窗户玻璃14上，从而将透光 性太阳能电池组件1固定在窗户玻璃14上。另外，也能够利用粘接剂将组件直接粘贴在窗户玻璃14上。 
如图1和图8所示，当在窗户上安装有本实施方式的透光性太阳能电池组件1时，从窗户入射的光7照射到太阳能电池部4，并在两电极之间产生电压。产生的电力由一配线10和另一配线13输出，能够用于各种用途。另一方面，在太阳能电池部4被反射的光，被反射到位于上方的镜面电极层3，并透过透明基体2而到达室内，作为照明光被利用。 
另外，从室内出射到室外的光8在镜面电极层3被反射而照射到位于下方的太阳能电池部4，由此在两电极之间产生电压。产生的电压由一配线10和另一配线13输出，能够用于各种用途。 
另外，在图8所示的透光性太阳能电池组件1的使用形态中，虽然例示了将透光性太阳能电池组件1安装于窗户玻璃14上的情况，但是，透光性太阳能电池组件1的使用形态并不限于此，能够采用各种使用形态，例如可取入外部光的天花板、建筑物外的太阳光发电设备、透光性的避雨棚、高速公路或铁路等的隔音壁侧壁或天花板部件等。 
图9是作为本发明的透光性太阳能电池组件的制造方法的一例，说明制造上述透光性太阳能电池组件1的情况的图。 
本实施例的制造方法，首先，准备具有锯齿状截面的多段凸部的透明基体2，并将该透明基体2放入到能够使构成镜面电极层3的金属材料17以及形成太阳能电池部4的半导体材料18、19成膜的成膜装置内，该多段凸部使多个具有一个面及与该面交叉的另一个面的凸部相连设置而形成。成膜装置可以是将独立的室(チヤンバ一)16连接的装置，以使各材料能够连续地成膜，也可以利用一台成膜装置依次进行成膜。 
作为该成膜方法，可以举出真空蒸镀法、溅射法、CVD法等薄膜形成工艺。在利用这些薄膜形成工艺将各层成膜于透明基体2上的情况下，优选将所述透明基体2和所述各材料的一个或两个能够相对移动地设置在可维持高真空状态的真空室16内，并且在透明基体2的一个面上，依次成膜形成镜面电极层3、p型半导体层5、n型半导体层6，从而形成多个太阳能电池单元12。在形成各层时，虽然通过精密地控制锯齿状凸部的角度，可抑制各材料附着在透明基体2的另一个面上，但是，希望通过用掩模局部地覆盖或形成抗蚀剂膜，以使各层材料不附着。 
在一个面上成膜形成镜面电极层3和太阳能电池部4之后，从真空室16取出得到的透光性太阳能电池组件。 
接着，在所述太阳能电池部4的表面侧形成电极9，并且通过利用导电膏的印刷法等形成与该电极9电连接的一配线10和与所述镜面电极层3电连接的另一配线13。之后，进行将如下树脂加热而贴附的填充工序，得到透光性太阳能电池组件1，该树脂为紫外线固化型薄片(紫外腺硬化型シ一ト)或通用的热塑性树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、聚苯乙烯树脂、聚甲基丙烯酸酯树脂、聚环烯烃树脂，或者对这些树脂赋予耐候性而形成的透明的合成树脂。作为紫外线固化型薄片，能够适当使用例如记载于日本特许申请第2003-123332号公报中的紫外线固化型薄片。另外，也可以在形成电极9并进行填充工序之后形成配线10、13。 
图10是表示本发明的透光性太阳能电池组件的第二实施方式的图。 
本实施方式的透光性太阳能电池组件20构成为太阳能电池单元22呈多段地重叠，该太阳能电池单元22具有：具有大致平行的两个面的透明基体21、设于该透明基体21的一部分表面上的镜面电极层3以及设于该镜面电极层3上的太阳能电池部4，并且这些太阳能电池单元22构成为，从外部入射的光7照射到任意的太阳能电池单元22的太阳能电池部4而被反射，该反射光在层叠于所述任意的太阳能电池单元22上方的太阳能电池单元22的镜面电极层3被反射而到达室内侧。另外，虽然未在图10中明确图示，但是，与上述第一实施方式的透光性太阳能电池组件1同样地，本实施方式的透光性太阳能电池组件20也具有与设于太阳能电池部4表面侧的电极电连接一配线和与镜面电极层3电连接的另一配线。 
在本实施方式的透光性电池组件20中，太阳能电池单元22在形成截面为平行四边形的透明基体21的一个面上，依次层叠镜面电极层3和太阳能电池部4，并且多个太阳能电池单元的透明基体21经由透明的粘接剂层23呈多段地重叠，从而作为整体而形成为板状。另外，透明基体21的截面不限于平行四边形，也可以是正方形、长方形等。 
在本实施方式的透光性太阳能电池组件20中，能够采用与所述第一实施方式的透光性太阳能电池组件1中的各部分相同的材料，构成透明基体21、镜面电极层3、太阳能电池部4、电极及配线。 
图11是作为本发明的透光性太阳能电池组件的制造方法，说明制造所 述第二实施方式的透光性太阳能电池组件20的情况的图。 
本实施例的制造方法，首先，将形成截面为平行四边形的多个透明基体21连接而构成板状的透明基体，在其背面(另一个面)形成透明的粘接剂层23，或者粘贴透明的双面胶带，将多个透明基体21做成可分离的板状。 
接着，将连接成所述板状的透明基体21，放入到图9所示的薄膜形成装置的真空室16内。此时，透明基体21设置成使未设有粘接剂层23的被成膜面朝下。如图9所示，在该真空室16内，配置有构成镜面电极层3的金属材料17和形成太阳能电池部4的半导体材料18、19，而且所述透明基体21和上述各材料的一个或两个被设置成可相对移动。 
接着，在高真空状态下，在透明基体21的一个面上依次成膜形成镜面电极层3、p型半导体层5和n型半导体层6，从而形成太阳能电池单元22。 
接着，如图11所示，从真空室16取出太阳能电池单元22，将其分割成单个的太阳能电池单元22，进而将多个太阳能电池单元22重叠。各太阳能电池单元22之间利用粘接剂层23进行粘接固定，并且通过在层叠体的周围接合透明的加强用薄膜24或涂敷透明树脂，从而可得到板状的透光性太阳能电池组件20。 
在上述实施方式中，虽然构成为预先切断透明基体21，并将切断后的透明基体连接而构成可分离的板状，之后进行成膜工序，但是，也可以构成为在不切断透明基体21的状态下进行成膜之后，将其切断成截面为平行四边形等的形状，并将该切断后的透明基体重叠，从而制造透光性太阳能电池组件20。 
如图12～图20所示，前述的各实施方式的透光性太阳能电池组件1、20能够做成将多个(图12～图20的各示例中为四个)透光性太阳能电池组件1、20并排配置的大型组件25A～25H。而且，也可以将这些大型组件25A～25H固定于适当的框体而构成太阳能电池板。 
图12和图13是表示大型组件的第一例的图，该组件25A在两短边中央配置有电力输出用电极26。 
图14是表示大型组件的第二例的图，该组件25B在单侧的短边两端配置有电极26。 
图15是表示组件的第三例的图，该组件25C在两短边中央及两短边两端分别配置有电极26。 
图16是表示组件的第四例的图，该组件25D在两短边两端配置有电极26。 
图17是表示组件的第五例的图，该组件25E在两短边两端配置有电极26。 
图18是表示组件的第六例的图，该组件25F在两短边中央配置有电极26。 
图19是表示组件的第七例的图，该组件25G在两短边两端配置有电极26。 
图20是表示组件的第八例的图，该组件25H在单侧的短边两端配置有电极26。 
图21是表示本发明的太阳能电池板的一实施方式的图。本实施方式的太阳能电池板27构成为将前述的大型组件25A排列成3段×2列并固定于框体28的结构。在本发明中，搭载于太阳能电池板27的组件数量、配置没有特别的限定。另外，希望框体28为能够使光通过组件而透过的框状结构体，或者由透明材料制成。 
工业实用性 
根据本发明，能够提供透光性优良且发电效率高的透光性太阳能电池，该透光性太阳能电池在产业上非常有用。 

Claims (5)

1.一种透光性太阳能电池组件，呈多段地配置有太阳能电池单元，该太阳能电池单元具有透明基体、设置在该透明基体的一部分表面上的镜面电极层以及设置在该镜面电极层上的太阳能电池部，并且，该透光性太阳能电池组件具有与设置在所述太阳能电池部表面侧的电极电连接的一配线以及与所述镜面电极层电连接的另一配线，该透光性太阳能电池组件的特征在于，
这些太阳能电池单元构成为，各太阳能电池单元彼此以如下方式排列，即从一侧入射的光照射到任意的太阳能电池单元的太阳能电池部而被反射，该反射光在与所述任意的太阳能电池单元邻接配置的太阳能电池单元的镜面电极层被反射而到达另一侧，
所述镜面电极层设置在具有锯齿状截面的多段凸部的透明基体的所述多段凸部的各个凸部的一个面上，并且太阳能电池部设置在该镜面电极层上，所述多段凸部使多个具有所述一个面和与该面交叉的另一个面的凸部相连设置而形成。
2.如权利要求1所述的透光性太阳能电池组件，其特征在于，
在所述多段凸部的凸部之间的凹部填充有透明树脂而将组件整体形成为板状。
3.一种透光性太阳能电池组件的制造方法，其特征在于，
在具有锯齿状截面的多段凸部的透明基体的所述多段凸部的各个凸部的一个面上，使金属材料成膜而形成镜面电极层，该多段凸部使多个具有所述一个面和与该面交叉的另一个面的凸部相连设置而形成；
在该镜面电极层上使半导体材料成膜而形成太阳能电池部；
形成一配线和另一配线而得到透光性太阳能电池组件，该一配线与设于所述太阳能电池部表面侧的电极电连接，该另一配线与所述镜面电极层电连接。
4.如权利要求3所述的透光性太阳能电池组件的制造方法，其特征在于，进一步具有如下工序，即在所述多段凸部的凸部之间的凹部填充透明树脂而将组件整体形成为板状。
5.一种太阳能电池板，其特征在于，
将权利要求1或2所述的透光性太阳能电池组件固定在框体而构成所述太阳能电池板。
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