CN114975652B - 一种光伏电池及光伏电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种光伏电池及光伏电池的制造方法,光伏电池包括基底,在基底的一侧包括依次堆叠的发射极和钝化层;发射极包括沿自身厚度方向层叠设置的第一平面和第二平面,第二平面与第一平面之间的部分发射极为第一掺杂层;在单位体积内,第二平面的掺杂浓度与第一平面的掺杂浓度的变化率ΔC1满足:ΔC1≤15%,降低了第一掺杂层沿厚度方向的掺杂浓度下降速度较快的风险,从而提升了第一掺杂层掺杂浓度的一致性,降低了第一掺杂层局部的掺杂浓度较低导致发射极与金属电极接触的电阻率较大的风险,有利于发射极与金属电极的电连接,提升了光伏电池的转化效率,并提升了光伏电池的工作稳定性。

Description

一种光伏电池及光伏电池的制造方法
技术领域
本申请涉及光伏电池技术领域,尤其涉及一种光伏电池及光伏电池的制造方法。
背景技术
光伏电池设置有选择性发射极,以提升光伏电池的工作效率。在选择性发射极制备过程中,将目标元素推入半导体基底的第一掺杂层中,同时目标元素在基底内部扩散至更深的第二掺杂层中,以实现对半导体基底的掺杂。现有技术通过单一波长的激光对基底掺杂,或通过后氧化工艺掺杂,导致第一掺杂层沿厚度方向的掺杂浓度下降速度快,使得第一掺杂层的局部浓度较低,从而降低了基底的电学性能。
发明内容
本申请提供了一种光伏电池,能够减小第一掺杂层的掺杂浓度变化速率。
本申请提供第一方面提供一种光伏电池,包括:
基底,在基底的一侧包括依次堆叠的发射极和钝化层;
发射极包括沿自身厚度方向层叠设置的第一平面和第二平面,第二平面与第一平面之间的部分发射极为第一掺杂层;
在单位体积内,第二平面的掺杂浓度与第一平面的掺杂浓度的变化率ΔC1满足:ΔC1≤15%。
在本申请中,ΔC1≤15%,降低了第一掺杂层沿厚度方向的掺杂浓度下降速度较快的风险,从而提升了第一掺杂层掺杂浓度的一致性,降低了第一掺杂层局部的掺杂浓度较低导致发射极与金属电极接触的电阻率较大的风险,有利于发射极与金属电极的电连接,从而提升了光伏电池的转化效率,并进而提升了光伏电池的工作稳定性。
在一种可能的设计中,第二平面远离第一平面的一侧设置有第三平面,第三平面与第二平面之间的部分发射极为第二掺杂层;
第三平面的掺杂浓度与第二平面的掺杂浓度的变化率ΔC2满足:ΔC2≤30%。
在一种可能的设计中,第二平面与第一平面之间的距离H1满足:0.3μm≤H1≤0.35μm;
第三平面与第一平面之间的距离H2满足:0.5μm≤H2≤0.7μm。
在一种可能的设计中,在单位体积内,第二平面的第一位置的掺杂浓度与第二平面的第二位置的掺杂浓度的变化率ΔC3满足:ΔC3≤25%。
本申请第二方面提供一种光伏电池的制造方法,光伏电池为以上任一项所述的光伏电池,制造方法包括:
向基底内掺杂目标元素,以形成发射极;
在发射极的第一平面上制备钝化层。
在一种可能的设计中,第二平面远离第一平面的一侧设置有第三平面,向基底内掺杂目标元素的步骤包括:
在第一平面涂覆含有目标元素的掺杂试剂;
将第一激光穿过掺杂试剂射入第二平面,以使目标元素扩散至第一掺杂层和第二掺杂层;
将第二激光穿过掺杂试剂射入第三平面,以使第二掺杂层的目标元素扩散至第一掺杂层。
在一种可能的设计中,将第一激光穿过掺杂试剂射入第二平面,以使目标元素扩散至第一掺杂层和第二掺杂层的步骤具体包括:
第一激光穿过掺杂试剂、第一平面射入第二平面,并产生高温;
目标元素被第一激光推入第一掺杂层,并在第一激光所产生的高温的驱动下扩散至第二掺杂层。
在一种可能的设计中,将第二激光穿过掺杂试剂射入第三平面,以使第二掺杂层的目标元素扩散至第一掺杂层的步骤具体包括:
第二激光穿过掺杂试剂、第一平面、第二平面射入第三平面,并产生高温;
目标元素在第二激光所产生的高温的驱动下扩散至第一掺杂层。
在一种可能的设计中,第一激光的波长L1满足:300nm≤L1≤400nm,第二激光的波长L2满足:400nm≤L2≤550nm,且L1<L2。
在一种可能的设计中,第一激光的能量密度W1满足:0.4 J/cm2≤W1≤1.5 J/cm2,第二激光的能量密度W2满足:0.6J/cm2≤W 2≤1.8 J/cm2
在一种可能的设计中,掺杂目标元素的步骤之后,制造方法还包括:
清除第一平面剩余的掺杂试剂。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的,并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请所提供光伏电池的发射极在一种具体实施例中的结构示意图,其中,第一平面和第二平面均设置有钝化层;
图2为图1中发射极的掺杂浓度的测试曲线,其中,目标元素为硼;
图3为图1中发射极涂覆掺杂试剂后的结构示意图;
图4为图3中发射极被第一激光照射的示意图;
图5为图4中发射极被第二激光照射的示意图;
图6为本申请所提供的光伏电池的制造方法在一种具体实施例中的流程图。
附图标记:
1-基底;
11-钝化层;
12-第一平面;
13-第二平面;
14-第三平面;
15-第一掺杂层;
16-第二掺杂层;
2-掺杂试剂;
3-第一激光;
4-第二激光。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
为了更好的理解本申请的技术方案,下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
应当明确,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解,本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
需要注意的是,本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的,不应理解为对本申请实施例的限定。此外,在上下文中,还需要理解的是,当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时,其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”,也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
本申请实施例提供一种光伏电池,包括基底1(基底1包括但不限于N型硅片、P型硅片等),如图1所示,在基底1的一侧包括依次堆叠的发射极和钝化层11,发射极用于与金属电极连接,钝化层11使得光伏电池的有效少数载流子的寿命保持在较高水平,使得光伏电池获得较高的开路电压和短路电压,有效改善光伏电池的输出特性,进而提高光伏电池的转换效率。其中,基底1可以为硅基底材料,硅基底材料可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅中的一种或多种,本申请对基底1的具体材质及类型不做特殊限定。
如图1所示,发射极包括沿自身厚度方向层叠设置的含有目标元素的第一掺杂层15和第二掺杂层16,第一掺杂层15为第一平面12与第二平面13之间的部分发射极,第二掺杂层16为第三平面14与第二平面13之间的部分发射极。其中,目标元素包括但不限于氮元素、磷元素、砷元素、硼元素、铝元素、镓元素、铟元素、铊元素等,若基底是N型半导体,发射极可以为P型掺杂层;若基底是P型半导体,发射极可以为N型掺杂层。本申请对目标元素的具体类型不做特殊限定,以下均以基底1为半导体硅片、目标元素为硼元素为例进行说明。
在单位体积内,第二平面13的掺杂浓度与第一平面12的掺杂浓度的变化率ΔC1、第三平面14的掺杂浓度与第二平面13的掺杂浓度的变化率ΔC2满足:ΔC1<ΔC2,即如图2所示,第一掺杂层15的掺杂浓度与第二掺杂层16的掺杂浓度呈阶梯性变化(即如图2所示,本实施例的目标元素的掺杂浓度曲线呈阶梯状),在等量目标元素的基础上与现有技术相比,本申请实施例增加了目标元素在第一掺杂层15的掺杂浓度,有利于提高第一掺杂层15的导电性,使得金属电极与第一掺杂层15形成良好的欧姆接触,降低了金属电极和第一掺杂层15之间的接触电阻,从而有利于更多的多数载流子传输至金属电极,提升了电池的填充因子,进而提升光伏电池的光电转化效率。此外,在第一掺杂层15的掺杂浓度相同的基础上与现有技术相比,ΔC1<ΔC2,能够减小掺杂过程中对掺杂试剂的消耗,从而在保证光伏电池稳定工作的同时降低了光伏电池的生产成本和生产周期。
第二平面13的掺杂浓度与第一平面12的掺杂浓度的变化率ΔC1满足:ΔC1≤15%。若ΔC1大于15%,则第二平面13的掺杂浓度与第一平面12的掺杂浓度的差值较大,在后续的烧结掺杂电极的过程中,目标元素在高温的作用下沿基底1的厚度方向向靠近第二平面12的方向的扩散,从而使得第一平面12的掺杂浓度降低,进而影响烧结后的金属电极与第一掺杂层15的欧姆接触。因此,ΔC1≤15%,降低了第一掺杂层15沿厚度方向的掺杂浓度的下降速率,从而降低了后续烧结对第一掺杂层15的掺杂浓度的影响,使得烧结后的金属电极与第一掺杂层15形成良好的欧姆接触,从而进一步提升光伏电池的光电转化效率。
第三平面14的掺杂浓度与第二平面13的掺杂浓度的变化率ΔC2满足:ΔC2≤30%。若ΔC2大于30%,则第三平面14的掺杂浓度与第二平面13的掺杂浓度的差值较大,在后续的烧结掺杂电极的过程中,第一掺杂层15内的目标元素在高温的作用下沿基底1的厚度方向向靠近第三平面14的方向的扩散,从而使得第一掺杂层15的掺杂浓度降低,进而影响烧结后的金属电极与第一掺杂层15的欧姆接触。因此,ΔC2≤30%,进一步降低了后续烧结对第一掺杂层15的掺杂浓度的影响,从而进一步提升光伏电池的光电转化效率。
此外,在单位体积内,第二平面13的第一位置的掺杂浓度与第二平面13的第二位置的掺杂浓度的变化率ΔC3满足:ΔC3≤25%。若ΔC3>25%,在后续的烧结过程中,在掺杂浓度高的第一位置处,第一平面12在第一位置处的掺杂浓度变化较小(即浓度降低的较小),即第一掺杂层15在第一位置处的掺杂浓度变化较小,在掺杂浓度较低的第二位置处,第一平面12在第二位置处的掺杂浓度变化较大(即浓度降低的较大),即第一掺杂层15在第二位置处的掺杂浓度变化较大,使得烧结后的金属电极与掺杂浓度较低的第二位置处的发射极连接的接触电阻较大。因此,ΔC3≤25%,提升了第二平面13的掺杂浓度的一致性,从而降低了烧结后第一掺杂层15局部的掺杂浓度较小的风险,以进一步降低金属电极与发射极连接的接触电阻,并提升了降低金属电极与发射极连接的接触电阻的一致性,进而提升了发射极和金属电极的工作稳定性。
具体地,如图1所示,第二平面13与第一平面12之间的距离H1满足:0.25μm≤H1≤0.40μm;第三平面14与第一平面12之间的距离H2满足:0.5μm≤H2≤0.7μm。可选地,0.30μm≤H1≤0.35μm。
若H1、H2较小(即H1<0.25μm,H2<0.5μm),使得第一掺杂层15和第二掺杂层16的厚度较小,则在掺杂过程中,第一掺杂层15的目标元素能够在较短的时间内扩散至第二掺杂层16,不利于控制第一掺杂层15和第二掺杂层16的掺杂浓度;若H1、H2较大(即H1>0.40μm,H2>0.7μm),使得第一掺杂层15和第二掺杂层16的厚度较大,不利于控制第一掺杂层15和第二掺杂层16的掺杂浓度的同时,目标元素在第一掺杂层15和第二掺杂层16内的扩散速度较慢,生产周期较长。因此,0.25μm≤H1≤0.40μm,0.5μm≤H2≤0.7μm,能够降低掺杂难度、保证第一掺杂层15的掺杂浓度、第二掺杂层16的掺杂浓度的一致性的同时,缩短掺杂周期。
针对上述光伏电池,如图2~图6所示,本申请第二方面提供一种光伏电池的制造方法,包括:
向基底1内掺杂目标元素,以形成发射极;
在发射极的第一平面12上制备钝化层11。
其中,掺杂目标元素的方式包括但不限于高温掺杂、后氧化掺杂、激光掺杂等,本申请采用激光掺杂的方式,以便于对掺杂深度的控制。
具体地,向基底1内掺杂目标元素的步骤包括:
在第一平面12涂覆含有目标元素的掺杂试剂2;
将第一激光3穿过掺杂试剂2射入第二平面13,以使目标元素扩散至第一掺杂层15和第二掺杂层16;
将第二激光4穿过掺杂试剂2射入第三平面14,以使第二掺杂层16的目标元素扩散至第一掺杂层15。
在本实施例中,先将第一激光3照射至第二平面13,使得目标元素在第一激光3的推动下进入第一掺杂层15并向第二掺杂层16扩散,此时,第一掺杂层15的掺杂浓度差异较大,即第一掺杂层15的掺杂浓度一致性较差;将第二激光4照射至第三平面14,使得第二掺杂层16的目标元素逆向向第一掺杂层15扩散,以提升第一掺杂层15的浓度,并使得第一掺杂层15内部掺杂浓度较高的位置的目标元素向掺杂浓度较低的位置扩散,从而提升第一掺杂层15的掺杂浓度的一致性。先通过第一激光3向第一掺杂层15、第二掺杂层16内掺杂目标元素,再通过第二激光4调节第一掺杂层15和第二掺杂层16的掺杂浓度,简化了发射极的掺杂过程,从而降低了发射极的掺杂周期及掺杂成本。其中,利用激光掺杂,降低了掺杂过程中杂质由基底1的表面进入基底1内部而导致少子寿命降低的风险,从而提升了光伏电池的电性能。
具体地,在第一激光3射入第二平面13时,第一激光3能够在第二平面13产生高温,使得第二平面13附近的目标元素向远离第二平面13的方向扩散(即向靠近第一平面12的方向、靠近第三平面14的方向扩散),在第二激光4射入第三平面14时,第二激光4能够在第三平面14产生高温,使得第三平面14附近的目标元素向远离第三平面14的方向扩散(即向靠近第一平面12的方向扩散)。
在本实施例中,通过第一激光3和第二激光4所产生的局部高温驱动目标元素的扩散,简化了发射极的掺杂方式,从而降低了发射极的掺杂成本,同时,高温条件下,目标元素的扩散速率提升,从而降低了发射极的生产周期。
其中,第一激光3的波长L1满足:300nm≤L1≤400nm,第二激光4的波长L2满足:400nm≤L2≤550nm,且L1<L2,具体可以为L1=300nm,350nm,390nm,L2=400nm,450nm,500nm。
在本实施例中,第一激光3的波长小于第二激光4的波长,使得第一激光3射入发射极的深度小于第二激光4射入发射极的深度,降低了第二激光4射入发射极的深度小于第一激光3射入发射极的深度导致第二激光4失效的风险,从而提升了第一激光3和第二激光4的工作稳定性。300nm≤L1≤400nm,400nm≤L2≤550nm,有利于第一激光3射入预设的第二平面13、第二激光4射入预设的第三平面14,从而便于对发射极的掺杂浓度的控制。
此外,第一激光3的能量密度W1满足:0.4J/cm2≤W1≤1.5J/cm2,第二激光4的能量密度W2满足:0.6J/cm2≤W2≤1.8 J/cm2
若第一激光3的能量密度较小(即W1<0.4 J/cm2),第二激光4的能量密度较小(即W2<0.6J/cm2),则第一激光3在第二平面13所产生的热量、第二激光4在第三平面14所产生的热量较小,降低了目标元素的扩散速率,当热量消散后,第一掺杂层15和第二掺杂层16的掺杂浓度变化较小;若第一激光3的能量密度较大(即W1>1.5J/cm2),第二激光4的能量密度较大(即W2>1.8 J /cm2),则第一激光3在第二平面13所产生的热量、第二激光4在第三平面14所产生的热量较大,使得目标元素的扩散速率较大,当热量消散后,第一掺杂层15和第二掺杂层16的掺杂浓度变化较大。因此,0.4J/cm2≤W1≤1.5J/cm2,0.6J/cm2≤W2≤1.8J/cm2,能够便于控制激光照射前后的掺杂浓度的变化,从而有利于实现第一掺杂层15和第二掺杂层16的掺杂浓度的一致性。
以上任一实施例中,第一激光3和第二激光4可以由同一个激光发射器发出,以简化制备过程的操作,也可以由不同的激光发射器发出,以便于对第一激光3、第二激光4的波长、能量密度等参数的调整;此外,激光发射器可以发出三种以上的不同波长的激光,以便于激光发射器向不同深度的掺杂层掺杂目标元素。
掺杂层还可以包括第三掺杂层(图中未标示)、第四掺杂层(图中未标示)、第五掺杂层(图中未标示)等,本申请对掺杂的具体层数不做特殊限定,与之对应的,激光还可以包括波长不同的第三激光(图中未标示)、第四激光(图中未标示)、第五激光等。
综上,如图6所示,光伏电池的制造方法为:
在基底1的表面制绒,使得基底1的表面形成减反射织构,从而降低基底1表面的光反射率,以提升光伏电池对太阳能的利用率,进而提升光伏电池的转换效率;
如图3所示,在基底1的表面涂覆含有目标元素的掺杂试剂2;
如图4所示,将第一激光3穿过掺杂试剂2、第一平面12射入第二平面13,并在第二平面13产生局部高温,此时,在第一激光3的推动下、第一激光3所产生的局部高温的驱动下,掺杂试剂2内的目标元素向第一掺杂层15和第二掺杂层16扩散;
如图5所示,将第二激光4穿过掺杂试剂2、第一平面12、第二平面13射入第三平面14,并在第三平面14产生局部高温,此时,在第二激光4所产生的局部高温的驱动下,第二掺杂层16的目标元素向第一掺杂层15扩散,以提升第一掺杂层15的掺杂浓度;
清除剩余的掺杂试剂2;
沿基底1的厚度方向,对基底1远离发射极的背面进行抛光;
在发射极表面制备钝化层11,以降低基底1表面的活性,增加表面的清洁程序,降低由表面引入杂质而形成复合中心的风险,从而降低电子和少子的复合速率,进而使得光伏电池的有效少数载流子的寿命保持在较高水平,使得光伏电池获得较高的开路电压和短路电压,有效改善光伏电池的输出特性,进而提高光伏电池的转换效率。
将本申请的双激光掺杂的发射极与对比例1的后氧化工艺掺杂的发射极、对比例2的单激光掺杂的发射极的掺杂浓度进行检测,对比分析后得到如图2所示的掺杂浓度变化测试曲线(目标元素为硼元素)以及如表1所示的光伏电池的参数表(表中未记载对比例2的具体数据)。
Figure 767461DEST_PATH_IMAGE001
光伏电池参数表
Figure 631512DEST_PATH_IMAGE002
由图2和表1可知,在对比例1(采用后氧化工艺掺杂进行掺杂)中,第一对比平面(即表中0.4μm深度处)的掺杂浓度与第二对比平面(即表中0.5μm深度处)的掺杂浓度的差值较大,而本申请实施例(即实施例1)中,第一检测平面(即表中0.4μm深度处)的掺杂浓度与第二检测平面(即表中0.5μm深度处)的掺杂浓度的差值较小,由此可见,相较于后氧化掺杂工艺,本申请实施例的双激光掺杂的掺杂浓度的一致性更高,使得发射极具有较低的电阻率,有利于金属电极和发射极的欧姆接触,提升了光伏电池的填充因子,进而提升光伏电池的转化效率。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光伏电池,其特征在于,所述光伏电池包括:
基底(1),在所述基底的一侧包括依次堆叠的发射极和钝化层(11);
所述发射极包括沿自身厚度方向层叠设置的第一平面(12)和第二平面(13),所述第二平面(13)与所述第一平面(12)之间的部分所述发射极为第一掺杂层(15);
所述第二平面(13)远离所述第一平面(12)的一侧设置有第三平面(14),所述第三平面(14)与所述第二平面(13)之间的部分所述发射极为第二掺杂层(16);
在单位体积内,所述第二平面(13)的掺杂浓度与所述第一平面(12)的掺杂浓度的变化率为ΔC1,所述第三平面(14)的掺杂浓度与所述第二平面(13)的掺杂浓度的变化率ΔC2,ΔC1<ΔC2,且ΔC1≤15%,ΔC2≤30%;
所述第二平面(13)与所述第一平面(12)之间的距离H1满足:0.3μm≤H1≤0.35μm;
所述第三平面(14)与所述第一平面(12)之间的距离H2满足:0.5μm≤H2≤0.7μm。
2.根据权利要求1所述的光伏电池,其特征在于,在单位体积内,所述第二平面(13)的掺杂浓度的变化率ΔC3满足:ΔC3≤25%。
3.一种光伏电池的制造方法,所述光伏电池为权利要求1或2所述的光伏电池,其特征在于,所述制造方法包括:
向所述基底(1)内掺杂目标元素,以形成所述发射极;
在所述发射极的所述第一平面(12)上制备所述钝化层;
其中,向所述基底(1)内掺杂目标元素的步骤包括:
在所述第一平面(12)涂覆含有所述目标元素的掺杂试剂(2);
将第一激光(3)穿过所述掺杂试剂(2)射入所述第二平面(13),以使所述目标元素扩散至所述第一掺杂层(15)和所述第二掺杂层(16);
将第二激光(4)穿过所述掺杂试剂(2)射入所述第三平面(14),以使所述第二掺杂层(16)的所述目标元素扩散至所述第一掺杂层(15);
所述第一激光(3)的波长L1满足:300nm≤L1≤400nm,所述第二激光(4)的波长L2满足:400nm≤L2≤550nm,且L1<L2;
所述第一激光(3)的能量密度W1满足:0.4 J/cm2≤W1≤1.5 J/cm2,所述第二激光(4)的能量密度W2满足:0.6J/cm2≤W 2≤1.8 J/cm2
4.根据权利要求3所述的光伏电池的制造方法,其特征在于,将第一激光(3)穿过所述掺杂试剂(2)射入所述第二平面(13),以使所述目标元素扩散至所述第一掺杂层(15)和所述第二掺杂层(16)的步骤具体包括:
所述第一激光(3)穿过所述掺杂试剂(2)、所述第一平面(12)射入所述第二平面(13),并产生高温;
所述目标元素被所述第一激光(3)推入所述第一掺杂层(15),并在所述第一激光(3)所产生的高温的驱动下扩散至所述第二掺杂层(16)。
5.根据权利要求3所述的光伏电池的制造方法,其特征在于,将第二激光(4)穿过所述掺杂试剂(2)射入所述第三平面(14),以使所述第二掺杂层(16)的所述目标元素扩散至所述第一掺杂层(15)的步骤具体包括:
所述第二激光(4)穿过所述掺杂试剂(2)、所述第一平面(12)、所述第二平面(13)射入所述第三平面(14),并产生高温;
所述目标元素在所述第二激光(4)所产生的高温的驱动下扩散至所述第一掺杂层(15)。
6.根据权利要求3所述的光伏电池的制造方法,其特征在于,所述掺杂目标元素的步骤之后,所述制造方法还包括:
清除所述第一平面(12)剩余的所述掺杂试剂(2)。
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