DE102007003682A1 - Verschaltung von Rückseitenkontaktsolarzellen mit Lötstoplack und Metalldrähten - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Verschaltung von Rückseitenkontaktsolarzellen vorgeschlagen, dessen Rückseite mit einem Lötstopplack beschichtet wird. Der Lötstopplack wird so auf die Rückkontaktsolarzelle aufgetragen, dass jeweils in parallelen Linien nur Plus- bzw. nur Minuskontakte der Solarzelle offenliegen. Die Anordnung der Plus- und Minuskontakte auf der Solarzelle spielt dabei keine Rolle. Der Lötstopplack erfüllt hierbei die Aufgabe, dass linienweise jeweils nur eine Kontaktsorte (Plus oder Minus) offenliegt und lötbar ist. Derartig mit Lötlack beschichtete Solarzellen (5a, 5b, 5c, 5d) werden nun in einer Reihe derart angeordnet, dass jede zweite Solarzelle (5b, 5d) um 180° gedreht wird, siehe Figur 3. Dadurch wird erreicht, dass auf jeder zu der Linie 10 parallelen Linie abwechselnd pro Solarzelle Plus- bzw. Minuskontakte offenliegen. Auf diesen Linien werden über mehrere mit Weichlot beschichtete Drähte oder Metallbändchen (11) jeweils Pluskontakte einer Solarzelle und Minuskontakte der benachbarten Solarzellen miteinander verbunden.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, die positive und negative Kontaktflächen auf einer Kontaktseite aufweist, welche durch Isolationsmaterial zum Teil beschichtet sind, und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Solarzelle. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Solarzellenanordnung mit mehreren Solarzellen, die positive und negative Kontaktflächen auf einer Kontaktseite aufweisen, welche mit Isolationsmaterial zum Teil beschichtet sind, und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Solarzellenverschaltung.
- Die
JP 2005191479 - Nachteilig ist bei diesem Stand der Technik, dass eine relativ dicke Metallisierung benötigt wird, um eine ausreichende Leitfähigkeit entlang der Stromwege auf der Solarzelle zu den Verbinderknochen bereitzustellen. Die Herstellung einer dicken Metallisierung ist aufwendig, zeit- und damit kostenintensiv. Zudem verbiegen sich Solarzellen leicht bei Erwärmung (z. B. im Herstellungsprozess), da sich die relativ dicke Metallisierung und das Halbleitermaterial der Solarzelle bei Erwärmung unterschiedlich ausdehnen, wodurch die Solarzelle beschädigt werden kann.
- Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Solarzelle bereitzustellen, die positive und negative Kontaktflächen auf eine Kontaktseite aufweist, die mit einer Metallisierung mit einer geringeren Dicke kontaktiert werden kann. Das Wort Kontaktfläche einer Solarzelle ist definiert als die Flächen auf einer Solarzelle, die für den Stromtransport entlang der Oberfläche der Solarzelle zuständig sind.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Solarzelle, die positive und negative Kontaktflächen auf einer Kontaktseite aufweist, wobei zumindest eine der positiven und negativen Kontaktflachen teilweise durch ein Isolationsmaterial bedeckt ist. Die Kontaktflächen, die kein Isolationsmaterial aufweisen, werden im Folgenden als Kontaktpad bezeichnet.
- Die Erfindung basiert auf der Idee, dass durch eine teilweise Bedeckung der Kontaktflächen mit Isolationsmaterial Isolationsflächen auf der Kontaktseite entstehen, wodurch der Spielraum bei der Positionierung von Kontaktelementen auf der Kontaktseite vergrößert wird. Dies ermöglicht es, den Kontakt auf einer Kontaktseite einer Solarfläche nicht allein durch eine dicke Metallisierungsschicht zu erzeugen, sondern beispielsweise auch durch Kontaktdrähte. Die Positionierung dieser Kontaktdrähte oder anderer Kontaktelemente auf der Kontaktseite ist leicht möglich, auch wenn, wie es häufig der Fall ist, die Abmessungen der Kontaktflächen im Submillimeterbereich liegen, da die Isolationsflächen ausreichend Positionsspielraum geben bzw. eine größere Fehlertoleranz erlauben. Die benötigte Leitfähigkeit auf der Solarzelle muss daher nicht durch die Dicke der Metallisierung, sondern kann mittels geeigneter Kontaktelemente, wie beispielsweise mittels Drähten, erzeugt werden.
- Die positiven und negativen Kontaktpads sind bevorzugt mit Stromführungen kontaktiert, die beispielsweise mit Weichlot beschichtete Drähte oder mit Weichlot beschichtete Metallbändchen sind.
- Es ist bevorzugt, dass das Isolationsmaterial so aufgebracht ist, dass entlang gerader Linien entweder nur negative oder nur positiven Kontaktpads liegen. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass das Isolationsmaterial so aufgebracht ist, dass entlang paralleler gerader Linien entweder nur negative oder nur positive Kontaktpads liegen. Es ist zudem bevorzugt, dass die positiven und negativen Kontaktpads länglich ausgebildet und alternierend angeordnet sind und dass die geraden Linien, entlang denen entweder nur negative oder nur positive. Kontaktpads liegen, quer (in einem anderen Winkel als 0°) zu einer Längsrichtung der positiven und negativen Kontaktflächen verlaufen. Eine derartige Anordnung der negativen und positiven Kontaktpads ermöglicht eine leichte Kontaktierung von entweder nur negativen Kontaktflächen oder nur positiven Kontaktflächen durch ein längliches Kontaktelement, beispielsweise durch einen Draht oder ein Metallband.
- Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die Solarzelle eine Rückkontaktsolarzelle ist. Zudem ist es bevorzugt, dass das Isolationsmaterial, das beispielsweise ein Lötstopplack oder Silizumdioxid sein kann, nicht lötbar ist.
- Die oben genannte Aufgabe wird des Weiteren durch eine Solarzellenanordnung mit mehreren erfindungsgemäßen Solarzellen gelöst. Dabei ist es bevorzugt, dass die Solarzellen durch mehrere Stromführungen in Reihe derart verbunden sind, dass, falls eine Solarzelle gebrochen ist oder Mikrorisse aufweist, die Mehrzahl der Bruchstücke über ein Kontaktpad mit einer Stromzuführung verbunden bleibt. Dies hat den Vorteil, dass, selbst wenn innerhalb einer Verschaltung von in Reihe geschalteten Solarzellen eine Solarzelle beispielsweise auf Grund von Mikrorissen defekt ist, der Stromfluss innerhalb der Solarzellenverschaltung nicht unterbrochen wird.
- Es ist bevorzugt, dass das Isolationsmaterial auf den Solarzellen so aufgebracht ist, dass entlang gerader Linien auf einer Solarzelle entweder nur negative oder nur positive Kontaktpads entstehen, und dass eine Stromführung entweder mit jedem negativen oder jedem positiven Kontaktpad entlang einer geraden Linie kontaktiert ist. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass das Isolationsmaterial auf den Solarzellen so aufgebracht ist, dass entlang gerader Linien auf einer Solarzelle entweder nur negative oder nur positive Kontaktpads liegen, wobei die Solarzellen so nebeneinander angeordnet sind, dass freiliegende positive Kontaktpads einer Solarzelle und freiliegende negative Kontaktpads einer benachbarten Solarzelle auf einer geraden Linie liegen. Zudem ist es bevorzugt, dass auf einer geraden Linie angeordnete positive Kontaktpads einer Solarzelle und freiliegende negative Kontaktpads einer benachbarten Solarzelle durch eine Stromführung miteinander kontaktiert sind. Die geraden Linien, entlang denen positive Kontaktpads einer Solarzelle und negative Kontaktpads einer benachbarten Solarzelle freiliegen, verlaufen bevorzugt parallel zueinander. Des Weiteren sind die negativen und positiven Kontaktpads einer Solarzelle bevorzugt länglich ausgebildet und alternierend angeordnet und die geraden Linien, entlang denen positive Kontaktpads einer Solarzelle und negative Kontaktpads einer benachbarten Solarzelle angeordnet sind, verlaufen bevorzugt quer (in einem anderen Winkel als 0°) zu einer Längsrichtung der positiven und negativen Kontaktflächen. Eine derartige Anordnung und Kontaktierung von Solarzellen kann einfach mittels länglicher Kontaktelemente, beispielsweise mittels Drähten oder Metallbändchen erzeugt werden, ohne dass eine dicke Metallisierung der Kontaktflächen benötigt wird.
- Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit folgenden Schritten:
Bereitstellen einer Solarzelle, die positive und negative Kontaktflächen auf einer Seite aufweist, und deren Kontaktflächen auf zumindest einer der positiven und negativen Kontaktflächen teilweise durch ein Isolationsmaterial beschichtet ist. - Zudem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzellenanordnung mit folgenden Schritten:
- Herstellen einer Solarzelle mit folgenden Schritten:
- – Bereitstellen mehrerer Solarzellen, die positive und negative Kontaktflächen auf einer Kontaktseite aufweisen, und beschichten zumindest einer der positiven und negativen Kontaktflächen der Solarzelle teilweise durch ein Isolationsmaterial.
- – Verschalten der hergestellten Solarzellen.
- Die Solarzelle gemäß Anspruch 1, das Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß Anspruch 12, die Solarzellenanordnung gemäß Anspruch 7 und das Verfahren zum Herstellen einer Solarzellenanordnung gemäß Anspruch 13 weisen gleiche oder ähnliche bevorzugte Ausführungsformen auf, die sich aus den abhängigen Ansprüchen ergeben.
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der
-
1 eine schematische Draufsicht auf eine Kontaktseite einer Solarzelle zeigt, -
2 die Kontaktseite der Halbleiterstruktur mit aufgetragenem Isolationsmaterial zeigt, -
3 eine schematische Ansicht einer Solarzellenverschaltung zeigt, -
4 eine schematische Draufsicht auf eine Kontaktseite einer weiteren Solarzelle zeigt, -
5 die Kontaktseite der weiteren Solarzelle mit aufgetragenem Isolationsmaterial zeigt, -
6 ein Flussdiagramm zeigt, das ein Verfahren zum beschichten einer Solarzelle beschreibt, und -
7 ein Flussdiagramm zeigt, das ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzellenverschaltung beschreibt. -
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Kontaktseite2 einer Solarzelle1 . Die alternierend angeordneten p-dotierten und n-dotierten Halbleiterabschnitte bilden positive Kontaktflächen3 und negative Kontaktflächen4 . Die positiven Kontaktflächen3 sind in1 schwarz, und die negativen Kontaktflächen4 sind in1 weiß dargestellt. Wie in2 gezeigt, ist ein Teil der positiven Kontaktflächen3 und der negativen Kontaktflächen4 der Halbleiterstruktur1 der Rückkontaktsolarzelle5 mit Isolationsmaterial, das in dieser Ausführungsform Lötstopplack ist, beschichtet. Die entsprechenden Isolationsflächen6 sind in2 durch ein Mauermuster dargestellt. Das Isolationsmaterial ist so auf die Kontaktflächen3 ,4 aufgetragen, das heißt die Isolationsflächen6 sind auf der Kontaktseite2 so verteilt, dass entlang in2 horizontaler gerader paralleler Linien nur entweder positive Kontaktpads3 oder nur negative Kontaktpads4 liegen. So liegen beispielsweise entlang der Linie7 ausschließlich negative Kontaktpads, während entlang der Linie8 ausschließlich positive Kontaktpads liegen. Dies ermöglicht eine einfache Kontaktierung beispielsweise der entlang der Linie7 angeordneten negativen Kontaktpads durch einen Draht oder einen Metallfaden. -
3 zeigt eine schematische Ansicht einer Solarzellenanordnung9 , die mehrere in Reihe geschaltete Rückkontaktsolarzellen5a ,5b ,5 ,5d aufweist, die zu der in2 schematisch dargestellten Rückkontaktsolarzelle2 baugleich sind. Die Rückkontaktsolarzellen5a ,5b ,5c ,5d sind so angeordnet, dass entlang einer in3 horizontalen Linie von Rückkontaktsolarzelle zu Rückkontaktsolarzelle wechselweise negative und positive Kontaktpads angeordnet sind. So sind beispielsweise entlang der Linie10 in3 negative Kontaktpads der Rückkontaktsolarzelle5a , daran anschließend positive Kontaktpads der Rückkontaktsolarzelle5b , dann negative Kontaktpads der Rückkontaktsolarzelle5c und dann wiederum positive Kontaktpads der Rückkontaktsolarzelle5d angeordnet. Eine Stromführung11 kontaktiert als Kontaktelement jeweils positive und negative Kontaktpads von zwei benachbarten Rückkontaktsolarzellen. Die Stromführungen11 sind so angeordnet, dass eine Rückkontaktsolarzelle von Stromführung zu Stromführung abwechselnd mit ihrer linksseitig benachbarten Rückkon taktsolarzelle und mit ihrer rechtseitig benachbarten Rückkontaktsolarzelle verbunden ist. So verbindet beispielsweise die in3 oberste Stromführung11 der Rückkontaktsolarzelle5b diese mit der linksseitig benachbarten Rückkontaktsolarzelle5a , wohingegen die in Abwärtsrichtung folgende Stromführung der Rückkontaktsolarzelle5b diese mit der rechtsseitig benachbarten Solarzelle5c verbindet. Eine derartige Kontaktierung führt dazu, dass der Stromfluss in den in Reihe geschalteten Rückkontaktsolarzellen5a ,5b ,5c ,5d selbst dann nicht unterbrochen wird, wenn eine Rückkontaktsolarzelle zerbricht oder Mikrorisse aufweist. Um diese Solarzellenanordnung zu erzeugen, sind in der in3 gezeigten Solarzellenanordnung die Rückkontaktsolarzellen5b und5d relativ zu der Rückkontaktsolarzelle5a um 180° gedreht, während die Rückkontaktzelle5c nicht bezüglich der Rückkontaktsolarzelle5a gedreht ist. -
4 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform einer Solarzelle101 , bei der fingerartige positive107 und negative104 Kontaktflächen auf der Kontaktseite102 von einem Minus-Busbar112 und einem Plus-Busbar113 ausgehen. Die positiven Kontaktflächen103 sind in4 schwarz dargestellt, und die negativen Kontaktflächen104 sind in4 weiß dargestellt. Die Halbleiterstruktur101 wird, wie in5 schematisch dargestellt, mit einem Isolationsmaterial bedeckt, so dass Isolationsflächen106 auf der Kontaktseite102 der Rückkontaktsolarzelle105 ausgebildet werden. Die Isolationsflächen106 sind in5 durch ein Mauermuster dargestellt. Auch in dieser Ausführungsform ist das Isolationsmaterial so auf die Kontaktseite102 aufgetragen und die Isolationsflächen106 sind so verteilt, dass entlang von horizontalen Linien in5 entweder nur positive oder nur negative Kontaktpads angeordnet sind. Auch eine derartige Solarzelle105 kann, mit der selben Maschine zu einem String verbunden werden wie Solarzelle5 , da durch das Auftragen der Isolationsschicht die Metalldrähte oder Metallbändchen an den selben Stellen mit den selben Längen und Toleranzen angebracht werden können. - Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzellenbeschichtung unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm beschrieben, das in
6 dargestellt ist. - In Schritt
201 wird eine Solarzelle1 ,101 bereitgestellt, die positive und negative Kontaktflächen3 ,4 ,103 ,104 auf einer Kontaktseite2 ,102 aufweist. In Schritt202 wird zumindest eine der positiven und negativen Kontaktflächen3 ,4 ,103 ,104 der Solarzelle1 ,101 teilweise durch ein Isolationsmaterial beschichtet. Insbesondere wird das Isolationsmaterial so aufgetragen, dass entlang von parallelen geraden Linien nur entweder positive oder negative Kontaktpads liegen. Das Isolationsmaterial wird insbesondere so aufgetragen, dass die positiven und negativen Kontaktpads, wie in2 oder wie in5 dargestellt, angeordnet sind. - Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzellenverschaltung unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm beschrieben, welches in
7 dargestellt ist. - In Schritt
301 werden mehrere Solarzellen1 ,101 bereitgestellt, die positive und negative Kontaktflächen3 ,4 ,103 ,104 auf einer Kontaktseite2 ,102 aufweisen. Schritt302 entspricht dem obigen Schritt202 , so dass insoweit auf obige Erläuterungen verwiesen wird. In Schritt303 werden die Rückkontaktsolarzellen, wie in3 dargestellt, angeordnet und mittels Stromführungen kontaktiert. - Die Stromführungen sind bevorzugt mit Weichlot beschichtete Drähte oder mit Weichlot beschichtete Metallbändchen. Die positiven und negativen Kontaktflächen sind bevorzugt mit einer dünnen Metallisierung versehen, und die Kontaktierung zwischen den Kontaktpads und den Stromführungen erfolgt bevorzugt mittels Laserlöten. Wenn als Stromführungen mit Weichlot beschichtete Drähte oder mit Weichlot beschichtete Metallbändchen verwendet werden, ist das Weichlot bevorzugt so ausgewählt, dass die Schmelztemperatur des Weichlots oberhalb der Temperatur liegt, die für das Laminieren der Solarzelle notwendig ist.
- Die in Reihe geschalteten Solarzellen bilden einen sogenannten String, die in einem Solarmodul auf bekannte Art und Weise mit Querverbindern am Ende der Strings in Reihe oder parallel geschaltet werden können.
- Die Stromführungen werden bereits vor der Lamination der Halbleiterstruktur kontaktiert.
- Da der Strom durch Stromführungen geführt wird, die bereits eine ausreichende Leitfähigkeit aufweisen, kann die Metallisierung der Kontaktflächen dünner sein als bei den eingangs beschriebenen Rückkontaktsolarzellen. Da durch die Stromführungen eine ausreichende Leitfähigkeit gewährleistet werden kann, können große Solarzellen hergestellt werden, ohne dass die Dicke der Metallisierung zur Erhöhung der Leitfähigkeit erhöht werden muss. Zudem ist bei der in
3 gezeigten Solarzellenanordnung der elektrische Verschaltungswiderstand gegenüber herkömmlichen Solarzellenanordnungen auf Grund der gezeigten Verschaltung mit den Stromführungen11 und den Kontaktierungen mit den Kontaktpads reduziert, so dass der charakteristische Füllfaktor im Solarmodul deutlich gesteigert wird und der Wirkungsgrad im Solarmodul zunimmt. - Obwohl die Erfindung oben anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann diese Solarzellenanordnung beispielsweise weniger oder mehr Solarzellen aufweisen als die in
3 gezeigten vier Solarzellen. Zudem ist die Erfindung nicht auf bestimmte Solarzellen beschränkt. So kann beispielsweise bei beliebigen Solarzellen, die eine beliebige Verteilung von positiven und negativen Kontaktflächen auf der Kontaktseite aufweisen, durch eine entsprechende Beschichtung der Kontaktflächen mit dem Isolationsmaterial erreicht werden, dass der Positionierungsspielraum beim Kontaktieren vergrößert wird. Insbesondere kann erreicht werden, dass entlang von geraden Linien nur entweder positive oder negative Kontaktpads liegen. Das heißt, die Verwendung des Isolationsmaterials ermöglicht es, beliebige Rückkontaktsolarzellen, beispielsweise wie in3 gezeigt, mit derselben Anordnung von Metalldrähten oder Metallbändchen miteinander zu verschalten. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005191479 [0002]
Claims (13)
- Solarzelle, die positive und negative Kontaktflächen auf einer Kontaktseite aufweist, wobei zumindest eine der positiven und negativen Kontaktflächen teilweise durch ein Isolationsmaterial beschichtet ist.
- Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial so aufgebracht ist, dass entlang gerader Linien entweder nur negative oder nur positive Kontaktpads liegen.
- Solarzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial so aufgebracht ist, dass entlang paralleler gerader Linien entweder nur negative oder nur positive Kontaktpads liegen.
- Solarzelle nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die positiven und negativen Kontaktpads länglich ausgebildet und alternierend angeordnet sind und dass die geraden Linien, entlang denen entweder nur negative oder nur positive Kontaktpads liegen, quer zu einer Längsrichtung der positiven und negativen Kontaktflächen verlaufen.
- Solarzellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle eine Rückkontaktsolarzelle ist.
- Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial nicht lötbar ist.
- Solarzellenverschaltung mit mehreren Solarzellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
- Solarzellenverschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen durch mehrere Stromführungen in Reihe derart verbunden sind, dass, falls eine Solarzelle zerbricht oder Mikrorisse aufweist, nahezu alle Bruchstücke der Solarzelle kontaktiert bleiben, um einen ungehinderten Stromfluss durch die Solarzelle zu ermöglichen.
- Solarzellenverschaltung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial auf den Solarzellen so aufgebracht ist, dass entlang gerader Linien auf einer Solarzelle entweder nur negative oder nur positive Kontaktpads liegen, und dass eine Stromführung entweder mit jedem negativen oder jedem positiven Kontaktpad entlang einer geraden Linie kontaktiert ist.
- Solarzellenverschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial auf den Solarzellen so aufgebracht ist, dass entlang gerader Linien auf einer Solarzelle entweder nur negative oder nur positive Kontaktpads liegen, wobei die Solarzellen so nebeneinander angeordnet sind, dass positive Kontaktpads einer Solarzelle und negative Kontaktpads einer benachbarten Solarzelle auf einer geraden Linie liegen.
- Solarzellenverschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer geraden Linie angeordnete positive Kontaktpads einer Solarzelle und freiliegende negative Kontaktpads einer benachbarten Solarzelle durch eine Stromführung miteinander kontaktiert sind.
- Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer Solarzelle, die positive und negative Kontaktflächen auf einer Seite aufweist, und deren Kontaktflächen auf zumindest einer der positiven und negativen Kontaktflächen teilweise durch ein Isolationsmaterial beschichtet wird.
- Verfahren zum Herstellen einer Solarzellenverschaltung mit folgenden Schritten: – Bereitstellen mehrerer Solarzellen, die positive und negative Kontaktflächen auf einer Kontaktseite aufweisen, und beschichten zumindest einer der positiven und negativen Kontaktflächen der Solarzelle teilweise durch ein Isolationsmaterial. – Verschalten der hergestellten Solarzellen.
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