JP3430068B2 - 太陽電池の電極 - Google Patents

太陽電池の電極

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JP3430068B2
JP3430068B2 JP10870999A JP10870999A JP3430068B2 JP 3430068 B2 JP3430068 B2 JP 3430068B2 JP 10870999 A JP10870999 A JP 10870999A JP 10870999 A JP10870999 A JP 10870999A JP 3430068 B2 JP3430068 B2 JP 3430068B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池の電極
構造に関し、裏電極形状および表電極形状を改良した太
陽電池の電極に関する。
【0002】
【従来の技術】図10に、従来の太陽電池の製造方法に
よって形成される太陽電池における各製造工程での断面
を示す。以下、図10に従って、従来の太陽電池の製造
方法について説明する。
【0003】図10(a)において、結晶軸が(100)の
P型基板1をイソプロピルアルコールを添加した80℃
〜90℃,数%濃度の水酸化ナトリウム溶液に浸漬して
20分〜30分処理する。こうして、P型基板1の表面
に微細なピラミッド状の凹凸(以下、テクスチャと言う)
を形成する。図10(b)において、拡散源(P25等)を
含むドーパント液2をスピンフローによってP型基板1
の表面に塗布する。図10(c)において、上記ドーパン
ト液2が塗布されたP型基板1を拡散炉で熱処理(90
0℃,15分)することによって、P型基板1の受光面側
にn+層3が形成されてPN接合が生じる。その際に、
P型基板1における側面や上記受光面の裏面(以下、単
に裏面と言う)にも薄い不要なn+層4が形成される。
【0004】ここで、上記P型基板1の全面に亙ってP
N接合が形成されていると、形成された太陽電池の負極
(N側)と正極(P側)とが短絡されて電気特性は低下して
しまう。そこで、上記不要なn+層4を除去してPN接
合を分離する必要がある。図10(d)において、上記P
型基板1の受光面側に印刷法によってレジスト5を形成
後、フッ酸と硝酸の混酸(HF:HNO3=1:3)でエッ
チングして不要なn+層4を除去する。図10(e)におい
て、トリクロルエチレンで処理してレジスト5を剥離す
る。
【0005】図10(f)において、上記P型基板1にお
ける受光面側のn+層3上に反射防止膜6を形成する。
図10(g)において、上記P型基板1の裏面に裏面銀電
極7およびアルミ電極8を印刷した後乾燥し、700℃
〜800℃で高温熱処理して裏電極を形成する。図10
(h)において、上記P型基板1の受光面側の反射防止膜
6上に表面銀電極10を印刷した後乾燥し、600℃〜
700℃で高温熱処理して表電極を形成する。図10
(i)において、上記表面銀電極10および裏面銀電極7
の表面に半田11を被覆して、太陽電池が形成される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の太陽電池の製造方法においては、図10(c)に示す
ように、P型基板1の受光面にn+層3を形成する際に
側面や裏面にもPN接合が形成されて不要なn+層4が
形成される。したがって、この不要なn+層4を除去し
てPN接合を分離するために、レジスト印刷工程,エッ
チング工程およびレジスト剥離工程の余分な工程が必要
となり、製造コストが高くなるという問題がある。
【0007】また、図10(g)において裏電極を形成す
るに際しては、先ず図11(b)に示すようなパターンに
裏面銀電極7を印刷し、次に図12(b)に示すようなパ
ターンにアルミ電極8を印刷して乾燥する。そして、高
温熱処理する際にP型基板1であるシリコン中にアルミ
電極8のAlが拡散して合金化して、p+層9が形成され
る。このように裏面にp+層9が形成される(BSF構造
と言う)ことによって太陽電池の性能がアップする。
【0008】ところが、その後Alが裏面銀電極7中に
も拡散してしまい、処理温度と処理時間によっては、図
13に示すように裏面銀電極7の周囲(アルミ電極8に
接触している箇所)に半田が付かない領域7aが形成され
る。図13(a)は断面図であり、図13(b)は底面図であ
り、図13(c)は図13(b)における(イ)部拡大図であ
る。こうした場合には、形成された太陽電池をインター
コネクタを介して接続する際の作業性を著しく悪くし、
信頼性を低下させてしまうという問題がある。
【0009】また、従来における表面銀電極10のパタ
ーンは、図14に示すように格子状になっており、その
主電極部10aは補助電極10bと補助電極10cとの交
点に配置されている。したがって、図10(i)において
表面銀電極10の表面に半田11を被覆するに際して、
細い補助電極10cの方向を半田ディップ方向として太
陽電池セル15を半田槽に浸漬すると図15(a)に示す
ように半田11が補助電極10c上に沿って流れてしま
い、後にインターコネクタ16が接続される主電極部1
0aにはあまり半田11が付着しない。その結果、図1
5(b)に示すように、上記表面銀電極10側の半田11
とインターコネクタ16側の半田17とが部分的にしか
接着せず、表面銀電極10とインターコネクタ16との
接続がうまく行かずに信頼性が低下するという問題が
ある。
【0010】そこで、この発明の目的は、裏面銀電極に
おける半田付着領域が減少せず、表面銀電極における主
電極上の半田量が低下しない太陽電池の電極を提供する
ことにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に記載の太陽電池
の電極は、シリコン基板上に形成されると共に所定パタ
ーンを有する銀電極と、前記シリコン基板上に形成され
ると共に前記所定パターンに略対応する部分に開口パタ
ーンを有するアルミ電極とを備えた太陽電池の裏電極で
あって、前記銀電極は、 前記アルミ電極の開口パターン
内に形成されて、前記開口パターンより小さい本体と、
前記本体から突出すると共に、前記アルミ電極と重なっ
ている突出部とを備えていることを特徴とする。
【0012】た、本発明に記載の太陽電池の電極は、
格子状パターンを成す太陽電池の表電極であって、前記
表電極は、インターコネクタが接続される主電極と、前
記格子状パターンの一方向の縞を成す第1の補助電極
と、他方向の縞を成す第2の補助電極とを備えてなり、
前記主電極は、前記第1の補助電極上でかつ前記第2の
補助電極から離間した位置に配置され、前記第1の補助
電極よりも幅が広くてなることを特徴とする。
【0013】このとき、前記表電極は、銀電極であるこ
とが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図1は本実施の形態の太陽電
池の製造方法における各製造工程での断面を示す図であ
る。以下、図1に従って、本実施の形態における太陽電
池の製造方法について説明する。
【0015】本実施の形態においては、太陽電池の光/
電変換効率を高めるために結晶軸が(100)のP型基
板21を用いる。先ず、P型基板21を酸溶液あるいは
アルカリ溶液で処理して、表面のダメージ層を除去す
る。そして、P型基板21を80℃〜90℃の水酸化ナ
トリウム溶液(数%の濃度)に浸漬して20分〜30分処
理し、P型基板21の表面に図1(a)における(ハ)部拡
大図で示すような微細なピラミッド状のテクスチャを形
成する。
【0016】次に、従来と同様にスピンコータによって
P型基板21の表面(受光面)にドーパント液22を塗布
する。その際に、裏面における周辺部にはチタン酸を含
むマスク液23を同時に塗布する。このマスク液23の
組成の一例としては、エチルアルコール2000cc,チ
タン酸イソプロピル300cc,酢酸300cc,ケイ酸エチ
ル200ccの混合液である。
【0017】上記ドーパント液22及びマスク液23の
塗布は、図2に示すようにして実施される。すなわち、
スピンコータのスピンチャック35に固定されて回転速
度5000rpmで回転されるP型基板21の表面中心部
にノズル36を介してP25等を含むドーパント液22
を滴下する。そうすると、ドーパント液22が遠心力に
よってP型基板21の中心部から外方向に向かって全体
に均一に広がる。それと同時に、P型基板21の裏面周
辺部にノズル37を介してマスク液23を吹き付ける。
そうすると、マスク液23は遠心力によってP型基板2
1の外方向に向かって広がる。こうして、図1(b)に示
すように、P型基板21の表面にはドーパント液22が
均一に塗布される。一方、裏面には周辺部にのみマスク
液23が塗布されて、マスク液塗布膜23が形成されて
いる領域と形成されていない領域とが生ずる。
【0018】そうした後、上記ドーパント液22および
マスク液23が塗布されたP型基板21を拡散炉で熱処
理(900℃,15分)することによって、図1(c)に示す
ように、P型基板21の表面にn+層24を形成する。
その際に、P型基板1の裏面におけるマスク液塗布膜2
3が形成されていない領域にも薄い不要なn+層25が
形成される。一方、P型基板1の裏面におけるマスク液
塗布膜23が形成されている領域にはTiO2とSiO2
が混在した膜が形成され、その膜の下にはn+層は形成
されない。このように、P型基板21における裏面中心
部には薄いn+層25が形成されるが、このn+層25は
マスク液塗布膜23下に形成された上記TiO2とSiO2
とが混在した膜によって表面のn+層24とは分離され
ているために、太陽電池の性能には影響を及ぼさない。
【0019】次に、上記P型基板21を49%のフッ酸
中に約5分間浸漬して、図1(d)に示すように、裏面の
マスク液塗布膜23とn型不純物が拡散する際に表面に
形成されたPSG(リンシリケートグラス)層26とを剥
離する。そうした後に、スプレー法等によって、P型基
板21におけるn+層24上に図1(e)に示すようにTi
2によって反射防止膜27を形成する。
【0020】次に、上記P型基板21の裏面に、図3に
示すようなパターンに銀ペーストによって裏面銀電極2
8を印刷して乾燥する。さらに、図4に示すようなパタ
ーンにアルミペーストによってアルミ電極29を印刷し
て乾燥する。そして、700℃〜800℃で高温熱処理
して図1(f)に示すごとく裏電極を形成する。その際に
おける高温熱処理によってP型基板21(シリコン)中に
アルミ電極29のAlが拡散して合金化し、p+層30が
形成される。このように、上記裏電極を裏面銀電極28
とアルミ電極29とで構成することによって、銀ペース
トの使用量を押えて低コスト化を図るのである。
【0021】一方、上記P型基板21の表面における反
射防止膜27上には、図7(a)に示すようなパターンに
銀ペーストによって表面銀電極31を印刷した後乾燥
し、600℃〜700℃で高温熱処理して図1(g)に示
すごとく表電極を形成する。
【0022】次に、図1(g)の構造を有する太陽電池セ
ルを、約190℃の半田槽に図7(a)に示す方向に浸漬
し、図1(h)に示すごとく表面銀電極31および裏面銀
電極28の表面に半田32を被覆して、太陽電池が形成
される。こうして形成された太陽電池における表面銀電
極31にインターコネクタ33を半田付けした後、夫々
のインターコネクタ33を直/並列に接続して、図1(i)
に示すような断面を有する太陽電池モジュールが完成す
る。
【0023】上述のように、本実施の形態における太陽
電池の製造方法においては、PN接合形成熱処理を実施
して受光面側にn+層24を形成する前に、裏面におけ
るn+層を形成させない領域にはPN接合の形成を阻止
するマスク液23を塗布するようにしている。したがっ
て、PN接合形成熱処理時に、P型基板21の裏面にお
けるマスク液塗布層23が形成された領域ではn+層が
形成されずPN接合は形成されない。こうすることによ
って、太陽電池の製造工程から不必要なn+層を除去す
る工程を省略することができ、製造コストの大幅な低減
が可能となる。
【0024】尚、上記マスク液23として、一般的に用
いられるケイ酸エチル,酢酸,エチルアルコールの混液の
場合にはマスク効果が余りよくない。その理由は、単に
上記マスク液を塗布して熱処理した場合には、形成され
た膜は緻密な膜となってマスク効果は得られる。ところ
が、本実施の形態のように、P型基板21にn+層形成
用のドーパント液22とマスク液23とを塗布して同時
に熱処理する工程の場合には、あまりマスク効果は期待
できないのである。そうかと言って、P型基板21に一
旦マスク液23を塗布して熱処理した後に、改めてドー
パント液22を塗布してn+層24を形成するのでは、
製造工程が長くなって適当ではない。
【0025】一方、上記マスク液23として、チタン酸
イソプロピル,酢酸,イソプロピルアルコールの混液の場
合には、本実施の形態の場合と同様のマスク効果が得ら
れる。ところが、形成される膜は、フッ酸等の薬剤を使
用しても剥離しにくく(太陽電池用のP型基板21の場
合にはその表面にピラミッド型のテクスチャが形成され
ているので余計剥離しにくい)、残った膜が裏面銀電極
28やアルミ電極29形成時に以下のようなトラブルの
原因となるのである。
【0026】すなわち、銀ペーストを印刷焼成する際
に、Si(P型基板21)とAgとの界面に上記膜が介在す
るによって、裏面銀電極28とP型基板21との接着強
度が低下する場合がある。また、アルミペーストを印刷
焼成する際に、Si(P型基板21)とAlとの界面に上記
膜が介在するによって、アルミ電極29上にAl粒が発
生し、その後の工程においてP型基板21が割れる原因
となる。
【0027】これに対して、本実施の形態におけるマス
ク液23はチタン酸イソプロピルを含むためにマスク効
果が良好である。さらに、ケイ酸エチルを含むために、
形成された膜を熱処理後フッ酸で処理すれば簡単に剥離
できる。したがって、残った上記膜がその後の工程で問
題となることはないのである。
【0028】尚、この発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、この発明の範囲内で上記実施の形態
に種々の修正や変更を加え得ることは言うまでもない。
【0029】例えば、上記実施の形態では、P型基板2
1を用いたn+/p/p+型(バック・サーフェイス・フィー
ルド(BSF)型)太陽電池を例に上げて説明している
が、n+/p型太陽電池や、n型基板を用いたn型太陽電
池(但し、ドーパントや電極材料を変更する必要がある)
にも適用できる。
【0030】また、上記基板の受光面側にn+層24を
形成する方法として、POCl3を使用した気相拡散法や
反射防止膜材料を含むドーパント液を使用した塗布拡散
法も適用可能である。
【0031】また、上記マスク液23を塗布するに際し
て、上記実施の形態のようにドーパント液22とマスク
液23とを同時に塗布してもよいが、夫々の液を個別に
塗布してもよい。尚、マスク液の組成は上述の組成に限
定されるものではなく、チタンとケイ素とを含む液であ
ればよい。したがって、主溶液,チタンおよびケイ素を
含む溶液,副溶液の組み合わせとしては、以下のような
組み合わせがある。但し、副溶液は必ずしも必要ではな
い。
【0032】上記主溶液としては、イソプロピルアルコ
ール,エチルアルコール,メチルアルコール,ブチルアル
コール等のアルコール類やメチルエチルケトン等のケト
ン類がある。また、チタンを含む溶液としては、テトラ
イソプロピルチタネート,テトラ・nブチルチタネート,
塩化チタン等の溶液、その他、酸,アルカリ,アルコー
ル,エステル等にチタン粉末やホウ化チタン,炭化チタ
ン,二酸化チタン等の固形のチタンを溶解させた溶液が
ある。また、ケイ素を含む溶液としては、ケイ酸エチ
ル,ケイ酸メチル,ケイ酸イソプロピル,シリコンのハロ
ゲン化物等の溶液がある。また、副溶液としては、ギ
酸,酢酸,シュウ酸,安息香酸等のカルボン酸がある。
【0033】図5は上記裏電極が形成された状態におけ
るP型基板21を示す。但し、図5(a)は断面図であ
り、図5(b)は底面図であり、図5(c)は図5(a)におけ
る(ニ)部拡大図であり、図5(d)は図5(b)における(ホ)
部拡大図である。
【0034】上述したように、上記P型基板21におけ
る裏面に形成される裏面銀電極28は図3(b)に示すよ
うな円形のパターンを有している。また、アルミ電極2
9は図4(b)に示すような円形の穴が開いたパターンを
有している。そして、裏面銀電極28のパターンとアル
ミ電極29のパターンとを位置併せを行って重ねた場合
には、図5(d)に示すように裏面銀電極28の円パター
ンとアルミ電極29の穴のパターンとは一方向にずれて
いる。したがって、図5(c)および図5(d)から分かるよ
うに、裏面銀電極28とアルミ電極29とは(A)では空
隙を有し、(B)では重なり合うことになる。
【0035】そこで、上記銀ペーストおよびアルミペー
ストを順次印刷した後に高温熱処理した際に、Alが裏
面銀電極28中に拡散して形成される半田が付かない領
域28aは大略上記両電極が重なり合う領域(B)に形成
されて空隙(A)の箇所には形成されない。したがって、
裏面銀電極28におけるインターコネクタとの半田付け
面積を従来より大きく確保して、作業性を向上させ、高
信頼性を得ることができるのである。
【0036】尚、このような効果を得ることができる裏
面銀電極パターンおよびアルミ電極パターンは図5に示
すパターンに限定されるものではなく、要は裏面銀電極
と28とアルミ電極29との重なり領域が電気的接続を
十分得ることができる範囲でなるべく少ないパターンで
あればよい。図6に裏面銀電極とアルミ電極との他のパ
ターンを示す。
【0037】図6においては、総てのアルミ電極41に
おける穴のパターンは円形である。そして、図6(a)に
おける裏面銀電極42は矩形をなし、マトリックス状に
配列された矩形の孔を有する。そして、Alが裏面銀電
極42中に拡散して形成される半田が付かない領域は上
記両電極41,42が重なり合う点線で示す領域42aと
なる。この場合、裏面銀電極42におけるアルミ電極4
1と重なり合っていない領域へのAlの拡散は多くの孔
によって食い止められるので、裏面銀電極42における
半田付着領域を大きく確保できる。
【0038】また、図6(b)における裏面銀電極43
は、アルミ電極41の穴径よりも小径の円形を有する本
体とこの本体から8方に放射状に突出する突出部とを有
する。そして、上記半田が付かない領域は両電極41,
43が重なり合う上記突出部における点線で示す領域4
3aとなる。この場合、裏面銀電極43の上記本体はア
ルミ電極41とは重なり合わないので、この本体におけ
るAlの拡散領域が少なく裏面銀電極43における半田
付着領域を大きく確保できる。
【0039】また、図6(c)における裏面銀電極44
は、一辺の長さがアルミ電極41の穴径よりも短く、対
角線の長さが上記穴径よりも長い正方形を有する。そし
て、上記半田が付かない領域は両電極41,43が重な
り合う裏面銀電極44の四隅における点線で示す領域4
4aとなる。この場合、裏面銀電極44は、上記四隅以
外ではアルミ電極41と重なり合わないので、裏面銀電
極44におけるアルミ電極41と重なり合っていない領
域へのAlの拡散領域が少なく裏面銀電極44における
半田付着領域を大きく確保できる。
【0040】図7は上記表面銀電極31のパターンを示
す。本実施の形態における表面銀電極31のパターンは
格子状になっており、その主電極31aは円形を成して
補助電極31bと補助電極31cとの交点間における補助
電極31b上に配置されている。したがって、表面銀電
極31の表面に半田32を被覆するに際して、細い補助
電極31cの方向を半田ディップ方向として太陽電池セ
ル45を半田槽に浸漬しても、図8(a)に示すように半
田32が補助電極31c上に沿って流れずに主電極31a
上に水滴状に多く溜まる。その結果、図8(b)に示すよ
うに、上記表面銀電極31側の半田32とインターコネ
クタ33側の半田46とが完全に融合して、表面銀電極
31とインターコネクタ33とが完全に接続されて高信
頼性が得られるのである。
【0041】本実施の形態の太陽電池の製造方法によっ
て形成される表面銀電極31の主電極31aは補助電極
31bと補助電極31cの交点間に形成されていればよ
く、その形状は特に限定されるものではない。したがっ
て、図7に示すような円形の他に、例えば図9(a)に示
すような矩形や、図9(b)に示すような楕円形や、図9
(c)に示すようなサイズの異なる2種類の楕円形49,5
0等が考えられる。
【0042】尚、上記実施の形態においては、上記P型
基板21の受光面にn+層24を形成するに際してn+
を形成させない領域にマスク液23を塗布する第1の方
法と、上記裏電極を形成する際に裏面銀電極28とアル
ミ電極29の重なり領域を少なくする第2の方法と、表
面銀電極31の主電極31aを補助電極31bと補助電極
31cとの交点間に配置する第3の方法とを総て実施し
ている。しかしながら、この発明はこれに限定されるも
のではなく、上記3つの方法を適宜に組み合わせて実施
しても何ら差し支えない。
【0043】
【発明の効果】本発明によれば、太陽電池の裏電極の
電極とアルミ電極とが互いに接触しない箇所と接触した
箇所とを有しているので、熱処理に際して上記銀電極中
にアルミ電極のAlが拡散する範囲が狭く、上記裏面銀
電極における半田付着領域の減少を抑え、半田付け面積
を大きく確保できるため、太陽電池の信頼性を、大幅に
高めることができる。
【0044】また、本発明によれば、太陽電池の表電極
は、太陽電池セルを半田槽に格子パターンの他方の縞方
向に浸漬して半田を付着させるに際して、主電極上の半
田量の低下を防止でき、インターコネクタとの接続に際
して作業性および信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の太陽電池の製造方法によって形成さ
れる太陽電池における各製造工程での断面図である。
【図2】ドーパント液およびマスク液の塗布方法の説明
図である。
【図3】裏面銀電極のパターンの説明図である。
【図4】アルミ電極のパターンの説明図である。
【図5】裏面銀電極とアルミ電極との位置関係および裏
面銀電極へのAlの拡散結果の説明図である。
【図6】図3〜図5とは異なる裏面銀電極とアルミ電極
とのパターンを示す図である。
【図7】表面銀電極のパターンの説明図である。
【図8】図7に示す表面銀電極に対する半田の付着状態
およびインターコネクタとの接続状態の説明図である。
【図9】図7とは異なる表面銀電極のパターンを示す図
である。
【図10】従来の太陽電池の製造方法によって形成され
る太陽電池における各製造工程での断面図である。
【図11】図10における裏面銀電極のパターンの説明
図である。
【図12】図10におけるアルミ電極のパターンの説明
図である。
【図13】図11および図12に示す裏面銀電極とアル
ミ電極との位置関係および裏面銀電極へのAlの拡散結
果の説明図である。
【図14】図10における表面銀電極のパターンの説明
図である。
【図15】図14に示す表面銀電極に対する半田の付着
状態およびインターコネクタとの接続状態の説明図であ
る。
【符号の説明】
21 P型基板 22 ドーパント液 23 マスク液塗布膜 24,25 n+層 28,42,43,44 裏面銀電極 29,41 アルミ電極 30 p+層 31 表面銀電極 31a,47,48,49,50 主電極 31b,31c 補助電極 32,46 半田 33 インターコネクタ 35 スピンチャック 36,37 ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−256374(JP,A) 特開 平2−33980(JP,A) 特開 平2−254765(JP,A) 特開 平4−42974(JP,A) 特開 昭58−157176(JP,A) 特開 昭62−15864(JP,A) 特開 昭62−237765(JP,A) 特開 昭56−93377(JP,A) 特開 昭62−92483(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上に形成されると共に所定
    パターンを有する銀電極と、前記シリコン基板上に形成
    されると共に前記所定パターンに略対応する部分に開口
    パターンを有するアルミ電極とを備えた太陽電池の裏電
    極であって、前記銀電極は、 前記アルミ電極の開口パターン内に形成されて、前記開
    口パターンより小さい本体と、 前記本体から突出すると共に、前記アルミ電極と重なっ
    ている突出部とを備えてい ることを特徴とする太陽電池
    の電極。
  2. 【請求項2】 格子状パターンを成す太陽電池の表電極
    であって、 前記表電極は、インターコネクタが接続される主電極
    と、前記格子状パターンの一方向の縞を成す第1の補助
    電極と、他方向の縞を成す第2の補助電極とを備えてな
    り、 前記主電極は、前記第1の補助電極上でかつ前記第2の
    補助電極から離間した位置に配置され、前記第1の補助
    電極よりも幅が広くてなることを特徴とする太陽電池の
    電極。
  3. 【請求項3】 前記表電極は、銀電極であることを特徴
    とする請求項2に記載の太陽電池の電極。
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