CN107093636A - P型perc双面太阳能电池及其制备方法、组件和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种P型PERC双面太阳能电池，包括背银主栅、铝栅线、铝栅外框、背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型发射极、正面氮化硅膜和正银电极；所述背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型发射极、正面氮化硅膜和正银电极从下至上依次层叠连接；所述背面氮化硅膜和背面氧化铝膜设有30‑500个平行设置的激光开槽区，每个激光开槽区内设置至少1组激光开槽单元，所述铝栅线通过激光开槽区与P型硅相连；所述铝栅线与背银主栅垂直连接；所述铝栅外框为四方边框，铝栅外框分别与铝栅线和背银主栅连接。本发明还公开了一种P型PERC双面太阳能电池的制备方法、组件和系统。采用本发明，可双面吸收太阳光，扩大电池应用范围和提高电池光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种P型PERC双面太阳能电池；本发明还涉及一种P型PERC双面太阳能电池的制备方法、组件和系统。
背景技术
晶硅太阳能电池是一种有效吸收太阳辐射能，利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，当太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。
传统晶硅太阳能电池基本上只采用正面钝化技术，在硅片正面用PECVD的方式沉积一层氮化硅膜，降低少子在前表面的复合速率，可以大幅度提升晶硅电池的开路电压和短路电流，从而提升晶硅太阳电池的光电转换效率。
随着对晶硅电池的光电转换效率的要求越来越高，人们开始研究PERC背钝化太阳电池技术。目前业界主流厂家的焦点集中在单面PERC太阳能电池的量产，而P型PERC双面太阳能电池，由于光电转换效率高，同时双面吸收太阳光，发电量更高，在实际应用中具有更大的使用价值。但是，目前P型PERC双面太阳能电池也仅仅是一些研究机构在实验室做的研究，如何将P型PERC双面太阳能电池的结构进行优化从而适应大批量生产，有待本领域技术人员进一步探讨和研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种P型PERC双面太阳能电池，可双面吸收太阳光，扩大太阳能电池的应用范围和提高光电转换效率。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种P型PERC双面太阳能电池的制备方法、组件和系统，可双面吸收太阳光，扩大太阳能电池的应用范围和提高光电转换效率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种P型PERC双面太阳能电池，包括背银主栅、铝栅线、铝栅外框、背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型发射极、正面氮化硅膜和正银电极；所述背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型发射极、正面氮化硅膜和正银电极从下至上依次层叠连接；
所述背面氮化硅膜和背面氧化铝膜设有30-500个平行设置的激光开槽区，每个激光开槽区内设置至少1组激光开槽单元，所述铝栅线通过激光开槽区与P型硅相连；所述铝栅线与背银主栅垂直连接；
所述铝栅外框为四方边框，铝栅外框分别与铝栅线和背银主栅连接。
作为上述技术方案的改进，当每个激光开槽区内设置2组或2组以上激光开槽单元时，各组激光开槽单元平行设置，相邻两组激光开槽单元之间的间距为5-480μm。
作为上述技术方案的改进，在背面氮化硅膜和背面氧化铝膜对应铝栅外框的位置还设有铝框开槽区，所述铝栅外框通过铝框开槽区与P型硅相连。
作为上述技术方案的改进，每组激光开槽单元包括至少1个激光开槽单元，激光开槽单元的图案为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形。
作为上述技术方案的改进，每组激光开槽单元包括一个图案为条状长方形的激光开槽单元。
作为上述技术方案的改进，同组激光开槽单元沿铝栅线延伸方向间隔式排布，相邻两个激光开槽单元的间隔距离为0.01-50mm。
作为上述技术方案的改进，所述激光开槽区的宽度为10-500μm；铝栅线的宽度为30-550μm；背银主栅的宽度为0.5-5mm；所述铝栅外框的每条边框的宽度为30-1000μm；所述铝栅线的根数为30-500条；所述背银主栅的根数为2-8条。
作为上述技术方案的改进，所述背银主栅为连续直栅；或所述背银主栅呈间隔分段设置；或所述背银主栅呈间隔分段设置，各相邻分段间通过连通区域连接。
相应地，本发明还提供一种P型PERC双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）在硅片正面和背面形成绒面，所述硅片为P型硅；
（2）在硅片正面进行扩散，形成N型发射极；
（3）去除扩散过程形成的磷硅玻璃和周边PN结，并对硅片背面进行抛光；
（4）在硅片背面沉积氧化铝膜和氮化硅膜；
（5）在硅片正面沉积氮化硅膜；
（6）对硅片背面的氮化硅膜和氧化铝膜上进行激光开槽；
（7）在硅片背面印刷背银主栅浆料，烘干；
（8）在硅片背面对应铝栅线和铝栅外框的位置上印刷铝浆，烘干；
（9）在硅片正面印刷正银电极浆料；
（10）对硅片进行高温烧结，形成背银主栅、铝栅线、铝栅外框和正银电极；
（11）对硅片进行抗LID退火，制得P型PERC双面太阳能电池。
相应地，本发明还提供一种PERC双面太阳能电池组件，包括PERC太阳能电池和封装材料，所述PERC太阳能电池是本发明所述的P型PERC双面太阳能电池。
相应地，本发明还提供一种PERC太阳能系统，包括PERC太阳能电池，所述PERC太阳能电池是本发明所述的P型PERC双面太阳能电池。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明所述P型PERC双面太阳能电池在电池背面设有多条平行设置的铝栅线，不仅替代现有单面太阳能电池中全铝背电场，实现背面吸光的功能，还用作背银电极中的副栅结构用于传导电子。本发明在硅片背面还设有铝栅外框，解决铝栅线断栅造成的EL测试断栅和光电转换效率低的问题。制作本发明所述P型PERC双面太阳能电池，可节省银浆和铝浆的用量，降低生产成本，而且实现双面吸收光能，显著扩大太阳能电池的应用范围和提高光电转换效率。
根据所述P型PERC双面太阳能电池所采用的制备方法、组件和系统同样具有上述优点。
附图说明
图1是本发明一种P型PERC双面太阳能电池的结构示意图；
图2是本发明一种P型PERC双面太阳能电池的又一结构示意图；
图3是本发明一种P型PERC双面太阳能电池的另一结构示意图；
图4是本发明一种P型PERC双面太阳能电池的另一结构示意图；
图5是本发明一种P型PERC双面太阳能电池的激光开槽区第一实施例结构示意图；
图6是本发明一种P型PERC双面太阳能电池的激光开槽区第二实施例结构示意图；
图7是本发明一种P型PERC双面太阳能电池的激光开槽区第三实施例结构示意图；
图8是本发明一种P型PERC双面太阳能电池的激光开槽区第四实施例结构示意图；
图9是本发明一种P型PERC双面太阳能电池的激光开槽区第五实施例结构示意图；
图10是本发明一种P型PERC双面太阳能电池的激光开槽区第六实施例结构示意图；
图11是本发明一种P型PERC双面太阳能电池的激光开槽区第七实施例结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
现有的单面太阳能电池在电池的背面设有全铝背电场覆盖在硅片的整个背面，全铝背电场的作用是提高了开路电压Voc和短路电流Jsc，迫使少数载流子远离表面，少数载流子复合率降低，从而整体上提高电池效率。然而，由于全铝背电场不透光，因此，具有全铝背电场的太阳能电池背面无法吸收光能，只能正面吸收光能，电池的综合光电转换效率难以大幅度的提高。
针对上述技术问题，如图1所示，本发明提供一种P型PERC双面太阳能电池，包括背银主栅1、铝栅线2、铝栅外框10、背面氮化硅膜3、背面氧化铝膜4、P型硅5、N型发射极6、正面氮化硅膜7和正银电极8；所述背面氮化硅膜3、背面氧化铝膜4、P型硅5、N型发射极6、正面氮化硅膜7和正银电极8从下至上依次层叠连接；
所述背面氮化硅膜3和背面氧化铝膜4经过激光开槽后形成30-500个平行设置的激光开槽区，每个激光开槽区内设置至少1组激光开槽单元9，所述铝栅线2通过激光开槽区与P型硅5相连；所述铝栅线2与背银主栅1垂直连接；
所述铝栅外框10为四方边框，铝栅外框10分别与铝栅线2和背银主栅1连接。
本发明对现有的单面PERC太阳能电池进行改进，不再设有全铝背电场，而是将其变成许多的铝栅线2，采用激光开槽技术在背面氮化硅膜3和背面氧化铝膜4上开设激光开槽区，而铝栅线2印刷在这些平行设置的激光开槽区上，从而能与P型硅5形成局部接触，密集平行排布的铝栅线2不仅能起到提高开路电压Voc和短路电流Jsc，降低少数载流子复合率，提高电池光电转换效率的作用，可替代现有单面电池结构的全铝背电场，而且铝栅线2并未全面遮盖硅片的背面，太阳光可从铝栅线2之间投射至硅片内，从而实现硅片背面吸收光能，大幅提高电池的光电转换效率。
优选地，所述铝栅线2的根数与激光开槽区的个数对应，皆为30-500条，更佳地，所述铝栅线2的根数为80-220条。所述铝栅线2可以是直线，也可以是曲线形、弧形、波浪形、折线形等，激光开槽区形状与铝栅线2对应，其实施方式并不局限于本发明所举实施例。
如图2所示为硅片背面，铝栅线2与背银主栅1呈垂直连接，其中背银主栅1为连续直栅，由于背面氮化硅膜3和背面氧化铝膜4设有激光开槽区，印刷铝浆形成铝栅线2时，铝浆填充至激光开槽区，使得铝栅线2与P型硅5形成局部接触，可将电子传输至铝栅线2，与铝栅线2相交的背银主栅1则汇集铝栅线2上的电子，由此可知，本发明所述铝栅线2起到提高开路电压Voc和短路电流Jsc，降低少数载流子复合率，以及传输电子的作用，可替代现有单面太阳能电池中全铝背电场，不仅减少银浆和铝浆的用量，降低生产成本，而且实现双面吸收光能，显著扩大太阳能电池的应用范围和提高光电转换效率。
需要说明的是，在印刷过程中，由于铝浆的粘度较大，网版的线宽又比较窄，会偶尔出现铝栅线2断栅的情况。铝栅线2断栅会导致EL测试的图像出现黑色断栅，同时，铝栅线2断栅还会影响电池的光电转换效率，不利于提升电池品质和性能。为此，本发明背面电极还设有铝栅外框10，铝栅外框10所采用的铝浆与铝栅线2的相同。由于其形状为四方边框，既能与水平方向上的铝栅线2连接，也能与竖直方向上的背银主栅1连接。当铝栅线2出现断栅无法将电子传输到背银主栅1时，电子可通过铝栅外框10传输到其他铝栅线2和背银主栅1上，解决铝栅线2断栅造成的EL测试断栅和光电转换效率低的问题。
采用激光开槽技术在背面氮化硅膜和背面氧化铝膜对应铝栅外框10的位置还设有铝框开槽区，所述铝栅外框10通过铝框开槽区与P型硅相连。需要说明的是，本发明还可以在硅片背面对应铝栅外框10的位置开设激光开槽区，可视实际情况而定是否设置该铝框开槽区。
本发明所述背银主栅1除了如图2所示为连续直栅的设置外，还可以呈间隔分段设置，如图3所示。也可以呈间隔分段设置，且各相邻分段间通过连通区域连接，如图4所示。所述背银主栅1的宽度为0.5-5mm；所述背银主栅1的根数为2-8条。连通区域可以是三角形、四边形、五边形、圆形、弧形或以上几种图形的组合，连通区域至少1个，连通区域的宽度为0.01-4.5mm。所述背银主栅1的宽度为0.5-5mm；所述背银主栅1的根数为2-8条。
需要说明的是，当每个激光开槽区内设置2组或2组以上激光开槽单元9时，各组激光开槽单元9平行设置，相邻两组激光开槽单元9之间的间距为5-480μm。
每组激光开槽单元9包括至少1个激光开槽单元9，激光开槽单元9的图案为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形。
下面通过具体实例进一步说明：
1.每个激光开槽区的激光开槽单元9的图案相同的情况：
1.1同组激光开槽单元9图案相同
1.1.1如图5，每个激光开槽区设有1组激光开槽单元9，激光开槽单元9为连续的条状长方形，激光开槽单元9的长度与铝栅线长度相同；或激光开槽单元9的长度比铝栅线长度短0.01-5mm；或激光开槽单元9的长度比铝栅线长度长0.01-5mm。
1.1.2如图6，每个激光开槽区设有2组或2组以上激光开槽单元9（图中示例为3组），激光开槽单元9为连续的条状长方形，激光开槽单元9的长度与铝栅线长度相同；或激光开槽单元9的长度比铝栅线长度短0.01-5mm；或激光开槽单元9的长度比铝栅线长度长0.01-5mm。
1.1.3如图7，每个激光开槽区设有1组激光开槽单元9，激光开槽单元9沿铝栅线延伸方向间隔式排列，同组激光开槽单元9图案可为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形，图中示例为长方形。
1.1.4如图8，每个激光开槽区设有2组或2组以上激光开槽单元9（图中示例为3组），各组激光开槽单元平行设置，相邻两组激光开槽单元之间的间距为5-480μm。激光开槽单元9按间隔式排列，激光开槽单元9图案可为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形，图中示例为长方形。
1.2同组激光开槽单元9图案不相同
1.2.1如图9，每个激光开槽区设有1组激光开槽单元9，激光开槽单元9按间隔式排列，激光开槽单元9图案可为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形，激光开槽单元9图案不完全相同。
1.2.2如图10，每个激光开槽区设有2组或2组以上激光开槽单元9，激光开槽单元9沿铝栅线延伸方向间隔式排列，激光开槽单元9图案可为连续长线段、圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形，不同组激光开槽单元9中的激光开槽单元9排列部分不同或全部不同，图中示例为不同组激光开槽单元9全部不同的情况。
2.不同激光开槽区的激光开槽单元9的图案不完全相同的情况：
上述图5-图10中取单个激光开槽区进行组合，如图11，或者除激光开槽单元9为连续的长线段情况外，1.1.1-1.1.4以及1.2.1-1.2.2情况中以其中一种情况对不同激光开槽区进行不同的排列。
需要说明的是，上面不同情况下激光开槽区之间的间隔距离可以相同，也可不同。同组激光开槽单元9的相邻两个激光开槽单元9的间隔距离为0.01-50mm，同组激光开槽单元9之间的间隔距离可以相同，也可不同。
本发明所述激光开槽区的宽度为10-500μm；位于激光开槽区下方的铝栅线2的宽度大于激光开槽区的宽度，铝栅线2的宽度为30-550μm。在上述铝栅线2宽度选择较大数值如500μm，而激光开槽区宽度选择较小数值如40μm，可将多组激光开槽区并排设在同一铝栅线2之上，保证铝栅线2与P型硅5有足够的接触面积。
综上，本发明所述P型PERC双面太阳能电池改变设有多条平行设置的铝栅线2，不仅替代现有单面太阳能电池中全铝背电场实现背面吸光，还用于背银电极中的副栅结构用作传导电子。制作本发明所述P型PERC双面太阳能电池，可节省银浆和铝浆的用量，降低生产成本，而且实现双面吸收光能，显著扩大太阳能电池的应用范围和提高光电转换效率。
相应地，本发明还提供P型PERC双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）在硅片正面和背面形成绒面，所述硅片为P型硅。
选用湿法或者干法刻蚀技术，通过制绒设备在硅片表面形成绒面。
（2）在硅片正面进行扩散，形成N型发射极。
本发明所述制备方法采用的扩散工艺是将硅片置于热扩散炉中进行扩散，在P型硅的上方形成N型发射极，扩散时应控制控制温度在800℃-900℃范围内，目标方块电阻为90-150欧/□。
扩散过程中会在硅片的正面和背面形成磷硅玻璃层，磷硅玻璃层的形成是由于在扩散过程中，POCl3与O2反应生成P2O5淀积在硅片表面。P2O5与Si反应又生成SiO2和磷原子，这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。所述磷硅玻璃层可以在扩散时收集硅片中的杂质，可进一步降低太阳能电池的杂质含量。
（3）去除扩散过程形成的磷硅玻璃和周边PN结，并对硅片背面进行抛光。
本发明将经扩散后的硅片置于体积比为1:5的HF（质量分数40%-50%）和HNO3（质量分数60%-70%）混合溶液酸槽中浸泡15s去除磷硅玻璃和周边PN结。磷硅玻璃层的存在容易导致PECVD的色差及SixNy的脱落，而且所述磷硅玻璃层中含有大量的磷以及从硅片中迁移的杂质，因此需要去除磷硅玻璃层。
需要说明的是，对硅片背面进行抛光的步骤视实际情况考虑是否进行。
（4）在硅片背面沉积氧化铝膜和氮化硅膜。
（5）在硅片正面沉积氮化硅膜。
上述氧化铝膜和氮化硅膜沉积步骤可采用常规的PECVD设备、ALD设备或APCVD设备依次在硅片背面和正面上沉积氮化硅膜。需要说明的是，步骤（4）和步骤（5）顺序可颠倒互换。
（6）对硅片背面的氮化硅膜和氧化铝膜上进行激光开槽。
采用激光开槽技术在硅片背面的氮化硅膜和氧化铝膜上开槽，开槽深度直至P型硅下表面。优选地，所述激光开槽区的宽度为10-500μm。
（7）在硅片背面印刷背银主栅浆料，烘干。
根据背银主栅的图案印刷背银主栅浆料。所述背银主栅的图案为连续直栅；或所述背银主栅呈间隔分段设置；或所述背银主栅呈间隔分段设置，各相邻分段间通过连通区域连接。
（8）在硅片背面对应铝栅线和铝栅外框的位置上印刷铝浆，烘干。
所述铝栅线的根数为30-500条。印刷铝栅线时可对激光开槽区进行精确定位，方法简单，定位精度高。
（9）在硅片正面印刷正银电极浆料。
（10）对硅片进行高温烧结，形成背银主栅、铝栅线、铝栅外框和正银电极。
优选地，铝栅线的宽度为30-550μm；背银主栅的宽度为0.5-5mm；所述铝栅外框的每条边框的宽度为30-1000μm。
所述铝栅线的根数为30-500条；所述背银主栅的根数为2-8条。
（11）对硅片进行抗LID退火，制得P型PERC双面太阳能电池。
采用本发明所述电池制备方法，能大幅提高电池光电转换效率，设备投入成本低，工艺简单，且与目前生产线兼容性好。
相应的，本发明还公开一种P型PERC双面太阳能电池组件，包括P型PERC双面太阳能电池和封装材料，所述PERC太阳能电池是上述任一的P型PERC双面太阳能电池。具体的，作为P型PERC双面太阳能电池组件的一实施例，其由上至下依次连接的高透钢化玻璃、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、PERC太阳能电池、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA和高透钢化玻璃组成。
相应的，本发明还公开一种P型PERC双面太阳能系统，包括P型PERC双面太阳能电池，所述PERC太阳能电池是上述任一的P型PERC双面太阳能电池。作为PERC太阳能系统的一优选实施例，包括PERC太阳能电池、蓄电池组，充放电控制器逆变器，交流配电柜和太阳跟踪控制系统。其中，PERC太阳能系统可以设有蓄电池组、充放电控制器逆变器，也可以不设蓄电池组、充放电控制器逆变器，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。
需要说明的是，PERC太阳能电池组件、PERC太阳能系统中，除了P型PERC双面太阳能电池之外的部件，参照现有技术设计即可。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种P型PERC双面太阳能电池，其特征在于，包括背银主栅、铝栅线、铝栅外框、背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型发射极、正面氮化硅膜和正银电极；所述背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型发射极、正面氮化硅膜和正银电极从下至上依次层叠连接；
所述背面氮化硅膜和背面氧化铝膜经过激光开槽后形成30-500个平行设置的激光开槽区，每个激光开槽区内设置至少1组激光开槽单元，所述铝栅线通过激光开槽区与P型硅相连；所述铝栅线与背银主栅垂直连接；
所述铝栅外框为四方边框，铝栅外框分别与铝栅线和背银主栅连接。
2.如权利要求1所述P型PERC双面太阳能电池，其特征在于，在背面氮化硅膜和背面氧化铝膜对应铝栅外框的位置还设有铝框开槽区，所述铝栅外框通过激光开槽区与P型硅相连。
3.如权利要求2所述P型PERC双面太阳能电池，其特征在于，每组激光开槽单元包括至少1个激光开槽单元，激光开槽单元的图案为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形。
4.如权利要求3所述P型PERC双面太阳能电池，其特征在于，每组激光开槽单元包括一个图案为条状长方形的激光开槽单元。
5.如权利要求3所述P型PERC双面太阳能电池，其特征在于，同组激光开槽单元沿铝栅线延伸方向间隔式排布，相邻两个激光开槽单元的间隔距离为0.01-50mm。
6.如权利要求1所述P型PERC双面太阳能电池，其特征在于，所述激光开槽区的宽度为10-500μm；铝栅线的宽度为30-550μm；背银主栅的宽度为0.5-5mm；所述铝栅外框的每条边框的宽度为30-1000μm；所述铝栅线的根数为30-500条，背银主栅的根数为2-8条。
7.如权利要求1所述P型PERC双面太阳能电池，其特征在于，所述背银主栅为连续直栅；或所述背银主栅呈间隔分段设置；或所述背银主栅呈间隔分段设置，各相邻分段间通过连通区域连接。
8.一种如权利要求1所述P型PERC双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在硅片正面和背面形成绒面，所述硅片为P型硅；
（2）在硅片正面进行扩散，形成N型发射极；
（3）去除扩散过程形成的磷硅玻璃和周边PN结，并对硅片背面进行抛光；
（4）在硅片背面沉积氧化铝膜和氮化硅膜；
（5）在硅片正面沉积氮化硅膜；
（6）对硅片背面的氮化硅膜和氧化铝膜上进行激光开槽；
（7）在硅片背面印刷背银主栅浆料，烘干；
（8）在硅片背面对应铝栅线和铝栅外框的位置上印刷铝浆，烘干；
（9）在硅片正面印刷正银电极浆料；
（10）对硅片进行高温烧结，形成背银主栅、铝栅线、铝栅外框和正银电极；
（11）对硅片进行抗LID退火，制得P型PERC双面太阳能电池。
9.一种PERC太阳能电池组件，其特征在于，包括PERC太阳能电池和封装材料，其特征在于，所述PERC太阳能电池是权利要求1-5任一项所述的P型PERC双面太阳能电池。
10.一种PERC太阳能系统，包括PERC太阳能电池，其特征在于，所述PERC太阳能电池是权利要求1-5任一项所述的P型PERC双面太阳能电池。
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