JP6542631B2 - Solar cell module and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関し、特に、イオンを含有する透光性基板と太陽電池セルとを含む太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell module and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a solar cell module including a light transmitting substrate containing ions and a solar cell and a method of manufacturing the same.
現在、化石燃料を使用しないクリーンなエネルギーとして、太陽光を利用する太陽光発電技術が注目されている。太陽光発電は、透光性基板と太陽電池セルとから構成される太陽電池モジュールに太陽光を照射することで、太陽電池セルで光エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を得ている。 At present, as a clean energy that does not use fossil fuels, solar power generation technology that uses sunlight is attracting attention. In solar power generation, solar energy is converted to electrical energy by a solar battery cell to obtain power by irradiating the solar cell module configured with a translucent substrate and the solar battery cell with sunlight.
近年、特にメガソーラーが普及している欧州では、太陽電池モジュールの出力が低下する「PID(Potential Induced Degradation:電圧誘起出力低下)現象」が問題となっている。PID現象は、特に高温多湿環境で太陽電池セルに高電圧がかかると太陽電池セルに電流漏れが発生し、出力が低下する現象である。PID現象は、ガラスなどの透光性基板に含まれるナトリウム等がイオン化し、このイオンが太陽電池セルに拡散することが原因の一つと考えられている。 In recent years, particularly in Europe where mega solar is widespread, the "PID (Potential Induced Degradation) phenomenon" in which the output of the solar cell module is reduced has become a problem. The PID phenomenon is a phenomenon in which when a high voltage is applied to a solar battery cell particularly in a high temperature and humidity environment, a current leak occurs in the solar battery cell and the output is reduced. The PID phenomenon is considered to be one of the reasons that sodium or the like contained in a light-transmissive substrate such as glass is ionized and this ion diffuses into the solar battery cell.
そこで従来、ナトリウムを含有する表面側光透過部材と太陽電池素子との間にナトリウム拡散防止機能層を備えた太陽電池モジュールが知られている(例えば、特許文献1参照)。このようなナトリウム拡散防止機能層を備えることで、表面側光透過部材のナトリウムが太陽電池素子に拡散することを防止し、太陽電池素子の発電性能を低下させるまでの時間が延び、長期の使用に耐えうる高い信頼性の太陽電池モジュールを提供することが可能となる。 Then, the solar cell module provided with the sodium diffusion prevention functional layer between the surface side light transmissive member containing sodium and a solar cell element conventionally is known (for example, refer to patent documents 1). By providing such a sodium diffusion preventing functional layer, it is possible to prevent the sodium of the surface side light transmitting member from being diffused to the solar cell element, and to extend the time until the power generation performance of the solar cell element is reduced. It is possible to provide a highly reliable solar cell module that can withstand the
特許文献1には、拡散防止層として、酸化チタン膜、酸化スズ膜、酸化亜鉛膜、酸化アルミニウム膜、酸化マグネシウム膜などの無機酸化膜が挙げられている(段落0090)。しかしながら、実施例に記載された無機酸化膜は酸化シリコンのみであり(段落0075、0086)、他の無機酸化膜については具体的には開示されていない。 Patent Document 1 mentions an inorganic oxide film such as a titanium oxide film, a tin oxide film, a zinc oxide film, an aluminum oxide film, or a magnesium oxide film as a diffusion prevention layer (paragraph 0090). However, the inorganic oxide film described in the examples is only silicon oxide (paragraphs 0075 and 0086), and no other inorganic oxide film is specifically disclosed.
拡散防止層は、長期にわたってイオンの拡散を防止してPID現象を抑制することが要求される。さらに、拡散防止層は太陽電池素子(セル)の近くに設けられるため、拡散防止層自体が光の透過性を悪化させると、初期の起電力が低下し、太陽電池としての性能が悪くなる。このため、拡散防止層は、可能な限り太陽光の透過を阻害しないことが求められている。しかしながら、従来の拡散防止層は、この両方の要求を満たすものではなかった。 The diffusion prevention layer is required to prevent the diffusion of ions for a long period of time to suppress the PID phenomenon. Furthermore, since the diffusion prevention layer is provided near the solar cell element (cell), when the diffusion prevention layer itself deteriorates the light transmittance, the initial electromotive force decreases and the performance as a solar cell deteriorates. For this reason, the diffusion prevention layer is required to inhibit the transmission of sunlight as much as possible. However, conventional diffusion prevention layers do not satisfy both of these requirements.
本発明の目的は、長期にわたってPID現象を抑制するとともに太陽電池としての初期性能も良好な太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solar cell module which suppresses the PID phenomenon over a long period and has a good initial performance as a solar cell, and a method of manufacturing the same.
本発明者らは、以上の目的を達成するために、鋭意検討した結果、酸化マグネシウムを拡散防止層とすることで、PID現象を長期にわたって抑制でき、かつ初期の起電力を高くすることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventors can suppress the PID phenomenon over a long period of time and increase the initial electromotive force by using magnesium oxide as the diffusion prevention layer. To complete the present invention.
すなわち、本発明は、入射光を電気に変換する太陽電池セルと、前記太陽電池セルの入射光側に位置し、アルカリ金属イオンを含有又は生成する透光性基板と、前記透光性基板と前記太陽電池セルとの間に配設され前記透光性基板から前記太陽電池セルへの前記イオンの拡散を防止するイオン拡散防止層と、を備え、前記イオン拡散防止層は、酸化マグネシウムを含有することを特徴とする太陽電池モジュールである。 That is, according to the present invention, there are provided a solar battery cell for converting incident light into electricity, a translucent substrate which is located on the incident light side of the solar battery cell and contains or generates alkali metal ions, and the translucent substrate And an ion diffusion preventing layer disposed between the light transmitting substrate and the solar cell to prevent the diffusion of the ions from the light transmitting substrate to the solar cell, and the ion diffusion preventing layer contains magnesium oxide. It is a solar cell module characterized by doing.
ここで、前記酸化マグネシウムは、平均粒子径が1〜500nmの粉末であることが好ましい。また、前記イオン拡散防止層は、前記酸化マグネシウムが積層し0.1〜10μmの膜厚をなす膜体であることが好適である。
また、前記太陽電池セルは封止材に封止されており、前記イオン拡散防止層は前記透光性基板と前記封止材との界面に配設されることが好ましい。あるいは、前記イオン拡散防止層は、前記太陽電池セルの表面に配設されていることが好ましい。
Here, the magnesium oxide is preferably a powder having an average particle diameter of 1 to 500 nm. Moreover, it is preferable that the said ion diffusion prevention layer is a film body which laminated | stacked the said magnesium oxide and makes a film thickness of 0.1-10 micrometers.
Moreover, it is preferable that the said photovoltaic cell is sealed by the sealing material, and the said ion diffusion prevention layer is arrange | positioned by the interface of the said translucent board | substrate and the said sealing material. Alternatively, the ion diffusion preventing layer is preferably disposed on the surface of the solar battery cell.
また、本発明は、入射光を電気に変換する太陽電池セルと、前記太陽電池セルの入射光側に位置し、アルカリ金属イオンを含有又は生成する透光性基板と、前記太陽電池を封止する封止材と、を備え、前記封止材の少なくとも前記太陽電池セルと前記透光性基板との間に位置する部分には、酸化マグネシウムが含まれていることを特徴とする太陽電池モジュールである。 Further, the present invention covers a solar battery cell that converts incident light into electricity, a translucent substrate that is located on the incident light side of the solar battery cell, and that contains or generates alkali metal ions, and seals the solar battery. A solar cell module, comprising: a sealing material; and magnesium oxide is contained in at least a portion of the sealing material located between the solar battery cell and the translucent substrate. It is.
この場合、前記酸化マグネシウムは、平均粒子径が1〜500nmの粉末であり、前記粉末が分散して前記封止材に含まれていることが好ましい。 In this case, the magnesium oxide is a powder having an average particle diameter of 1 to 500 nm, and the powder is preferably dispersed and contained in the sealing material.
また、本発明は、入射光を電気に変換する太陽電池セルとアルカリ金属イオンを含有若しくは生成する透光性基板とを備える太陽電池モジュールの製造方法であって、前記透光性基板の一面と前記太陽電池セルの他面とのいずれか一方若しくは両方に酸化マグネシウムが分散した溶媒からなる分散液を塗布する塗布工程と、前記溶媒を揮発させて前記透光性基板の一面と前記太陽電池セルの他面とのいずれか一方若しくは両方に酸化マグネシウム膜を形成するイオン拡散防止層形成工程と、前記透光性基板の一面と前記太陽電池セルの他面とが向き合うように前記透光性基板と前記太陽電池セルとを配置する配置工程と、を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法である。 Further, the present invention is a method of manufacturing a solar cell module including a solar battery cell for converting incident light into electricity and a light transmitting substrate containing or generating alkali metal ions, wherein one surface of the light transmitting substrate Applying a dispersion of a solvent in which magnesium oxide is dispersed to one or both of the other surface of the solar battery cell, and evaporating the solvent to one surface of the light transmitting substrate and the solar battery cell An ion diffusion preventing layer forming step of forming a magnesium oxide film on one or both of the other surface and the light transmitting substrate such that one surface of the light transmitting substrate and the other surface of the solar battery cell face each other And an arranging step of arranging the solar battery cells, and a manufacturing method of a solar cell module.
あるいは、本発明は、入射光を電気に変換する太陽電池セルと、アルカリ金属イオンを含有若しくは生成する透光性基板とを備える太陽電池モジュールの製造方法であって、前記太陽電池セルを封止材で封止する封止工程と、前記封止材の前記透光性基板に対向する側の表面に酸化マグネシウムが分散した溶媒からなる分散液を塗布する塗布工程と、前記溶媒を揮発させて前記封止材の表面に酸化マグネシウム膜を形成するイオン拡散防止層形成工程と、前記酸化マグネシウム膜を挟んで前記透光性基板と前記太陽電池セルとが向き合うように前記透光性基板と前記太陽電池セルとを配置する配置工程と、を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法である。 Alternatively, the present invention is a method of manufacturing a solar cell module including a solar cell that converts incident light into electricity, and a translucent substrate that contains or generates alkali metal ions, and sealing the solar cell. A sealing step of sealing with a material, a coating step of coating a dispersion comprising a solvent in which magnesium oxide is dispersed on the surface of the sealing material facing the light-transmissive substrate, and volatilizing the solvent An ion diffusion preventing layer forming step of forming a magnesium oxide film on the surface of the sealing material; and the light transmitting substrate and the light transmitting substrate so that the light transmitting substrate and the solar battery cell face each other with the magnesium oxide film interposed therebetween. And a placement step of placing a solar battery cell.
上記の場合において、前記分散液に含まれる前記酸化マグネシウムは、平均粒子径が1〜500nmの粉末であることが好ましい。また、前記分散液は、前記酸化マグネシウム膜の膜厚が0.1〜10μmとなるように前記塗布工程で塗布されることが好適である。 In the above case, the magnesium oxide contained in the dispersion liquid is preferably a powder having an average particle diameter of 1 to 500 nm. Moreover, it is preferable that the said dispersion liquid is apply | coated at the said application | coating process so that the film thickness of the said magnesium oxide film | membrane may be 0.1-10 micrometers.
あるいは、本発明は、入射光を電気に変換する太陽電池セルと、アルカリ金属イオンを含有若しくは生成する透光性基板と、少なくとも前記太陽電池セルと前記透光性基板との間に介在して前記太陽電池セルを封止する封止材と備える太陽電池モジュールの製造方法であって、前記封止材に酸化マグネシウム粉末を分散状態で混合する混合工程と、前記太陽電池セルを前記封止材で封止する封止工程と、前記封止材を介して前記太陽電池セルと前記と前記透光性基板とを一体化する工程と、を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法である。 Alternatively, according to the present invention, a solar battery cell for converting incident light into electricity, a light transmitting substrate containing or generating alkali metal ions, and at least the solar battery cell and the light transmitting substrate interposed therebetween. It is a manufacturing method of a solar cell module provided with the sealing material which seals the above-mentioned photovoltaic cell, A mixing process which mixes magnesium oxide powder with the above-mentioned sealing material in a dispersed state, The above-mentioned sealing material A method of manufacturing a solar cell module comprising: a sealing step of sealing, and a step of integrating the solar battery cell and the light transmitting substrate through the sealing material. is there.
この場合において、前記酸化マグネシウム粉末は、平均粒子径が1〜500nmの粉末であり、前記封止材に0.1〜30質量%の範囲で含まれていることが好適である。 In this case, it is preferable that the magnesium oxide powder is a powder having an average particle diameter of 1 to 500 nm and be contained in the sealing material in a range of 0.1 to 30% by mass.
本発明によれば、長期にわたってPID現象を抑制するとともに太陽電池としての初期性能も良好な太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while suppressing a PID phenomenon over a long period of time, the solar cell module and the initial stage performance as a solar cell can also be provided favorable and its manufacturing method.
1.第1の実施形態
以下、図面を参照しながら本発明の太陽電池モジュールについて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る太陽電池モジュールを示した模式断面図である。この図に示すように、太陽電池モジュール10は、透光性基板11と、バックシート12と、太陽電池セル13と、封止材14と、イオン拡散防止層15とを備えている。なお、本実施形態では、少なくとも透光性基板11側から太陽電池セル13へ光が入射するものとして説明している。
1. First Embodiment A solar cell module of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a solar cell module according to a first embodiment of the present invention. As shown to this figure, the
透光性基板11は太陽電池セル13の受光面側に配置され、光を透過する性質を有する透明な基板である。透光性基板11の材料としては、例えば無機材料や有機材料などを使用することができる。無機材料としては、ガラス、石英、サファイア、チタニアなどを挙げることができる。また、有機材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンなフタレート、ポリイミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、塩化ビニル、ポリオレフィン、セルロース、ポリカーボネート、ポリアクリレート等を挙げることができる。これらのうち、広く一般に普及し入手が容易である点、イオン拡散防止層15による拡散防止効果が高い点から、ガラスが好ましく、特に幅広い波長で高い透過性を有する白板ガラスが好ましい。
The
本発明における透光性基板11は、内部にイオンを含むか、あるいは高温・高湿や高電圧などの環境下でイオンを生成する特性を有している。イオンとしては、透光性基板11の材料にもよるが、ナトリウムイオンなどを挙げることができる。特に、上述した透光性基板11の材料がガラスの場合、ガラス中に含まれるナトリウムイオンがPID現象の原因とされている。
The
バックシート12は、太陽電池モジュール10の受光面側とは反対側に配置される基板である。バックシート12としては、樹脂フィルムが積層された積層体を挙げることができる。樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートやフッ素系樹脂等を挙げることができる。積層体にはアルミ箔などの金属層を含むことができる。なお、太陽電池モジュール10がバックシート12側から入射する光でも起電する場合、バックシート12は透光性基板11と同様に光透過性を有するものが好ましい。光透過性基板の材料としては、上述したガラスや透明樹脂などを挙げることができる。
The
太陽電池セル13は、透光性基板11とバックシート12との間に配置され、入射光を電気に変換する性質を有している。太陽電池セル13は、シリコン系や化合物系など公知のものを使用することができる。シリコン系の太陽電池セル13としては、結晶シリコン系やアモルファスシリコン系などを挙げることができる。また、化合物系の太陽電池セル13としては、GaAs系、CIS系、CIGS系などを挙げることができる。これらのうち、光電変換効率が比較的高いことから、結晶シリコン系の太陽電池セルが好ましい。
The
太陽電池セル13は、図示しない電極によって太陽電池モジュール10の外部へ電気的に接続されている。電極としては、一般的な電子部品で使用される金属電極を挙げることができる。
The
封止材14は、絶縁性を有し、太陽電池セル13を内部に封止して保護する機能を有している。封止材14の材料としては、公知の材料を使用することができ、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリエチレン、エチレンアクリル共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロン6などを挙げることができる。これらのうち、ガラス基板等との密着性が良好であることなどから、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)が特に好ましい。封止材14の形態としては、太陽電池セル13の周囲全体をモールド状に被覆する封止モールドであってもよく、太陽電池セル13の上下面から挟む少なくとも2枚の封止シートであってもよい。
The sealing
イオン拡散防止層15は、透光性基板11と太陽電池セル13との間に配設され、透光性基板11から太陽電池セル13へのイオンの拡散を防止する機能を有する。本実施形態のイオン拡散防止層15は、透光性基板11と封止材14との間の界面に配設されている。
The ion
イオン拡散防止層15は、酸化マグネシウムを含有する点を特徴としている。酸化マグネシウムは、絶縁性が高くイオンの移動が抑制されるため、透光性基板11から太陽電池セル13へのイオンの拡散をイオン拡散防止層15により抑制することができる。また、酸化マグネシウムは、他の金属酸化物と比較して、長期にわたってイオン拡散防止能を保持する点も特徴である。さらに、酸化マグネシウムは透明性が高く、太陽電池セル13に入射する光をイオン拡散防止層15が阻害しにくいため、太陽電池モジュール10は初期の出力が高いという特性を有している。
The ion
酸化マグネシウムは、粉末状のものを使用することができる。酸化マグネシウム粉末は、金属マグネシウムを燃焼して酸化する方法や、水酸化マグネシウム又は炭酸マグネシウムを焼成して熱分解する方法などで得ることができる。水酸化マグネシウムとしては、海水中のマグネシウム塩と水酸化カルシウムとの反応で沈殿したものなどを使用することができる。また、炭酸マグネシウムとしては、マグネサイト鉱石などを使用することができる。さらに、電融酸化マグネシウムを粉砕・分級することによって得られる結晶性の高い酸化マグネシウム粉末を使用することもできる。酸化マグネシウムの焼成温度としては特に制限はなく、低温焼成品と高温焼成品あるいは電融品のいずれも使用することができる。さらに、電融酸化マグネシウムを粉砕・分級することによって得られる結晶性の高い酸化マグネシウム粉末を使用することもできる。酸化マグネシウムの焼成温度としては特に制限はなく、低温焼成品と高温焼成品あるいは電融品のいずれも使用することができる。 Magnesium oxide can be used in powder form. The magnesium oxide powder can be obtained by a method of burning and oxidizing metal magnesium, or a method of firing and thermally decomposing magnesium hydroxide or magnesium carbonate. As magnesium hydroxide, those precipitated by the reaction of magnesium salt in seawater and calcium hydroxide can be used. Moreover, magnesite ore etc. can be used as magnesium carbonate. Furthermore, highly crystalline magnesium oxide powder obtained by pulverizing and classifying electrofused magnesium oxide can also be used. There is no restriction | limiting in particular as a calcination temperature of magnesium oxide, Any of a low temperature baking product, a high temperature baking product, or a fusion product can be used. Furthermore, highly crystalline magnesium oxide powder obtained by pulverizing and classifying electrofused magnesium oxide can also be used. There is no restriction | limiting in particular as a calcination temperature of magnesium oxide, Any of a low temperature baking product, a high temperature baking product, or a fusion product can be used.
酸化マグネシウム粉末としては、特に、平均粒子径が1〜500nmの範囲内、好適には、1〜200nm、特に、5〜50nmの範囲内のものが望ましい。この範囲の粒径であれば、溶媒中への分散が容易であり、かつ溶媒中において均一に分散させることができる。よって後述の塗布の際にも均一な膜を形成できる。粒径が小さく、溶媒中に均一に分散しているため充填性に優れ、故に焼結等の粒子間の空隙を減ずる工程を経ずとも空隙の少ないち密な膜を形成できる。また粒径が小さく、かつち密な膜なので、膜厚を薄くできる。酸化マグネシウム粉末の平均粒子径が大きすぎると、イオン拡散防止層15を透過する光が粒子により反射しやすくなり、太陽電池モジュール10の初期の出力が低くなりやすい。一方、酸化マグネシウム粉末の平均粒子径が小さすぎると、粒子どうしが凝集しやすくなって後述する溶媒への分散性が悪化し、取扱い性が悪くなりやすい。
As the magnesium oxide powder, in particular, it is desirable that the average particle diameter is in the range of 1 to 500 nm, preferably 1 to 200 nm, and particularly 5 to 50 nm. With a particle size in this range, dispersion in a solvent is easy, and uniform dispersion in a solvent can be achieved. Therefore, a uniform film can be formed also at the time of application described later. Since the particle size is small and uniformly dispersed in the solvent, the packing property is excellent. Therefore, a dense film with few voids can be formed without passing through the process of reducing the voids between particles such as sintering. In addition, since the film is small and dense, the film thickness can be reduced. If the average particle diameter of the magnesium oxide powder is too large, the light transmitted through the ion
酸化マグネシウム粉末の平均粒子径は、BET比表面積値から求めることができる。具体的には、下記の式より換算して平均粒子径を算出することができる。下記の式より算出される平均粒子径は、球形換算の平均粒子径であり、具体的には、粒子の表面積と同一の表面積を有する球の直径を意味する。
平均粒子径(μm)=6/(S×ρ) ・・・式
(ただし、式中、SはBET比表面積(m2/g)、ρは酸化マグネシウム粉末の密度(g/cm3)であり、3.58g/cm3とした。)
The average particle size of the magnesium oxide powder can be determined from the BET specific surface area value. Specifically, the average particle diameter can be calculated by converting it according to the following equation. The average particle diameter calculated from the following equation is a spherical equivalent average particle diameter, and specifically means the diameter of a sphere having the same surface area as that of the particles.
Average particle size (μm) = 6 / (S × ρ) (wherein, S is BET specific surface area (m 2 / g), ρ is density of magnesium oxide powder (g / cm 3 ) Yes, 3.58 g / cm 3 ))
酸化マグネシウム粉末の粒子形状は、特には限定されず、球状、立方体状、直方体状、八面体、十四面体などの多面体状、不定形、繊維状のものを適宜使用することができる。また、酸化マグネシウム粉末の純度は、通常は90質量%以上であり、95質量%以上であることが好ましく、98質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることが特に好ましい。 The particle shape of the magnesium oxide powder is not particularly limited, and spherical, cubic, cuboid, polyhedron such as octahedron and tetrahedron, indeterminate, and fiber can be appropriately used. The purity of the magnesium oxide powder is usually 90% by mass or more, preferably 95% by mass or more, more preferably 98% by mass or more, and particularly preferably 99% by mass or more.
イオン拡散防止層15の膜厚は、通常は0.1〜10μmの範囲内であり、0.2〜5μmの範囲内が好ましく、0.5〜2μmの範囲内が特に好ましい。この範囲であればイオン拡散防止層15を通過する光の量を、太陽電池モジュール10の出力低下が殆ど生じない程度、確保できる。またこの範囲であれば、イオン拡散防止層15のイオン拡散防止機能を十分に担保できるので、長期にわたって出力低下を抑制できる。イオン拡散防止層15の膜厚が0.1μmを下回ると、膜厚が薄すぎてイオン拡散防止機能が十分に発揮しにくくなる。反対に、イオン拡散防止層15の膜厚が10μmを上回ると、膜厚が厚すぎてイオン拡散防止層15による光の反射の影響が大きくなり、太陽電池モジュール10の初期出力が低下するなどの不都合が生じやすくなる。なお、酸化マグネシウム粉末の平均粒子径が100nm以上の場合は、膜厚は1μm以上であることが好ましい。
The film thickness of the ion
イオン拡散防止層15は、酸化マグネシウムを溶媒に分散させた分散液を、透光性基板11のうち封止材14に対向する側の表面に塗布することで形成することができる。あるいは、イオン拡散防止層15は、酸化マグネシウム粉末を溶媒に分散させた分散液を、封止材14のうち透光性基板11に対向する側の表面に塗布することで形成することができる。
The ion
酸化マグネシウムを分散させる溶媒としては、極性溶媒などを挙げることができる。極性溶媒の例としては、極性有機溶媒、更に具体的な例としてはアルコール類及びケトン類を挙げることができる。アルコール類の例としては、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール(イソプロパノール)、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、ペンチルアルコール、イソペンチルアルコールなどの一価アルコールを挙げることができる。ケトン類の例としては、アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトンを挙げることができる。これらのアルコール類及びケトン類は、二種以上を併用してもよい。 A polar solvent etc. can be mentioned as a solvent which disperse | distributes a magnesium oxide. Examples of polar solvents include polar organic solvents, and more specific examples include alcohols and ketones. Examples of alcohols include monohydric alcohols such as methanol, ethanol, propyl alcohol, isopropyl alcohol (isopropanol), butyl alcohol, isobutyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, pentyl alcohol, isopentyl alcohol and the like. Can. Examples of ketones include acetone, ethyl methyl ketone and diethyl ketone. These alcohols and ketones may be used in combination of two or more.
極性有機溶媒は、炭素原子数が1〜5の一価アルコールであることが好ましく、特に好ましいのはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、又はこれらの混合物であり、これらのうち特にメタノールが好ましい。 The polar organic solvent is preferably a monohydric alcohol having 1 to 5 carbon atoms, particularly preferably methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butyl alcohol or a mixture thereof, of which methanol is particularly preferable. .
分散液に含まれる酸化マグネシウムの濃度は、特に制限はないが、例えば0.1〜30質量%(wt%)の範囲内とすることができ、好ましくは1質量%〜20質量%の範囲内である。分散液に含まれる酸化マグネシウムの濃度は、例えばイオン拡散防止層15の膜厚に応じて適宜設定することができる。一例として、イオン拡散防止層15の膜厚を厚くする場合は、分散液に含まれる酸化マグネシウムの濃度を高くし、反対にイオン拡散防止層15の膜厚を薄くする場合は、分散液に含まれる酸化マグネシウムの濃度を低くする。尚、イオン拡散防止層15の膜厚を厚くする場合には、上述の濃度調整の他に、2度塗り等、複数回塗布を繰り返してもよい。
The concentration of magnesium oxide contained in the dispersion is not particularly limited, but can be, for example, in the range of 0.1 to 30% by mass (wt%), preferably in the range of 1 to 20% by mass. It is. The concentration of magnesium oxide contained in the dispersion can be appropriately set, for example, in accordance with the film thickness of the ion
分散液の塗布は、ロールコーター、ダイコーター、グラビアコーター、ドクターコーター、スプレーコーターなど、公知の塗布装置で行うことができる。塗布後は、自然乾燥、温風乾燥などで溶媒を揮発させるのみで、焼結等の膜のち密化を図る工程を経ることなく、イオン拡散防止層15を形成することができる。
Coating of the dispersion liquid can be carried out by a known coating apparatus such as a roll coater, a die coater, a gravure coater, a doctor coater, a spray coater or the like. After application, the ion
次に、太陽電池モジュール10の製造方法について説明する。イオン拡散防止層15を透光性基板11の表面に形成する場合、まず、透光性基板11の一方の表面に上記の分散液を塗布してイオン拡散防止層15を形成する(塗布工程)。次に、分散液中の溶媒を揮発させて酸化マグネシウム膜からなるイオン拡散防止層15を形成させる(イオン拡散防止層形成工程)。さらに、太陽電池セル13の周囲を封止材14で封止する(封止工程)。太陽電池セル13に接続された図示しない電極は封止材14の外部に延出させる。続いて、封止材14を透光性基板11とバックシート12とで挟み込んで透光性基板11とバックシート12とを密着させる(配置工程)。密着は、真空ラミネーターなどを用いて行うことができる。最後に、透光性基板11とバックシート12とを図示しないフレームで固定する。
Next, a method of manufacturing the
あるいは、イオン拡散防止層15を封止材14の表面に形成する場合、まず、太陽電池セル13の周囲を封止材14で封止する(封止工程)。次に、封止材14の表面に上記の分散液を塗布してイオン拡散防止層15を形成する(塗布工程)。さらに、分散液中の溶媒を揮発させて酸化マグネシウム膜からなるイオン拡散防止層15を形成させる(イオン拡散防止層形成工程)。最後は上記と同様に配置工程を行って太陽電池モジュール10を完成させる。
Alternatively, when the ion
上記の構成を有する太陽電池モジュール10は、長時間にわたってPID現象を抑制することが可能である。具体的には、太陽電池モジュール10に対して85℃−85%RHの高温高湿条件下で、−1000Vの電圧を印加した場合に。24時間経過後の出力の保持率が80%以上であり、85%以上とすることができる。さらに、太陽電池モジュール10は、上記の条件下で48時間経過後の出力の保持率が70%以上であり、80%以上とすることができる。ここで、出力の保持率は以下の式で算出される値を意味する。
出力の保持率(%)=(24時間後の電力の出力値/初期(時間ゼロ)の電力の出力値)×100 ・・式
The
Output holding ratio (%) = (power output value after 24 hours / initial (time zero) power output value) × 100
また、太陽電池モジュール10は、イオン拡散防止層14が太陽光の入射を阻害しにくい性質であるため、初期の起電力が高く、太陽電池モジュール10として高い出力特性を有している。具体的には上記の高温高湿条件下での初期の電力の出力値が3.5W以上であり、4.0W以上とすることができる。
In addition, since the
2.第2の実施形態
上述した第1の実施形態では、イオン拡散防止層15は透光性基板11と封止材14との界面に配設されていたが、イオン拡散防止層としてはこれに限定されず、封止材の少なくとも一部として設けることも可能である。以下、本発明の第2の実施形態について説明する。
2. Second Embodiment In the first embodiment described above, the ion
図2は、本発明の第2の実施形態に係る太陽電池モジュールを示した模式断面図である。この図に示すように、太陽電池モジュール20は、透光性基板21と、バックシート22と、太陽電池セル23と、イオン拡散防止層もかねた封止材24とを備えている。透光性基板21は第1の実施形態の透光性基板11と、バックシート22はバックシート12と、太陽電池セル23は太陽電池セル13と同様の構成を採用することができるため、ここでは詳細な説明は省略する。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a solar cell module according to a second embodiment of the present invention. As shown to this figure, the
本実施形態の封止材24は、第1の実施形態の封止材14と異なり、酸化マグネシウムを含有している。すなわち、本実施形態の封止材24は、樹脂などのベース材料に酸化マグネシウムが配合されており、イオン拡散防止層としての機能を兼ね備えている。封止材24のベース材料としては、上述した封止材14と同様に、エチレン酢酸ビニル共重合体などを挙げることができる。酸化マグネシウムとしては、上述した第1の実施形態と同様のものを使用することができる。
Unlike the sealing
封止材24が封止モールドの場合、ベース材料となる樹脂などに酸化マグネシウム粉末を分散状態で混合し(混合工程)、太陽電池セル23の表面に塗布等することで太陽電池セル23を封止し(封止工程)、この封止材24を介して太陽電池セル23と透光性基板21とを一体化する。封止材24に含まれる酸化マグネシウムの濃度は、特に制限はないが、例えば0.1〜30質量%(wt%)の範囲内とすることができ、好ましくは1質量%〜20質量%の範囲内である。また、酸化マグネシウム粉末の平均粒子径としては、特に制限はないが、1〜500nmの範囲内であることが好ましい。
When the sealing
一方、封止材24が封止シートの場合、シートのうち太陽電池セル23側の表面に酸化マグネシウムを塗布してイオン拡散防止層とすることもできる。このときのイオン拡散防止層の膜厚としては、通常は0.1〜10μmの範囲内であり、0.2〜5μmの範囲内が好ましく、0.5〜2μmの範囲内が特に好ましい。封止シートへの酸化マグネシウムの塗布は、上述した第1の実施形態と同様の方法で行うことができる。
On the other hand, when the sealing
本実施形態では、第1の実施形態と異なり、封止材24がイオン拡散防止層を兼ねているため、第1の実施形態のようにイオン拡散防止層を塗布する必要がなく、太陽電池モジュール20の製造コストを低減することができる。また、第1の実施形態とは異なり、本実施形態では透光性基板11と封止材14との間にイオン拡散防止層がないため、透光性基板21と封止材24との密着性がイオン拡散防止層で阻害されることがなく、両者の密着性が向上する。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, since the sealing
3.第3の実施形態
上述した第1の実施形態では、イオン拡散防止層15は透光性基板11と封止材14との界面に配設されていたが、イオン拡散防止層15としてはこれに限定されず、封止材14と太陽電池セル13との界面に配設されていてもよい。以下、本発明の第3の実施形態について説明する。
3. Third Embodiment In the first embodiment described above, the ion
図3は、本発明の第3の実施形態に係る太陽電池モジュールを示した模式図である。この図に示すように、太陽電池モジュール30は、透光性基板31と、バックシート32と、太陽電池セル33と、封止材34と、イオン拡散防止層35と、を備えている。透光性基板31は第1の実施形態の透光性基板11と、バックシート32はバックシート12と、太陽電池セル33は太陽電池セル13と同様の構成を採用することができるため、ここでは詳細な説明は省略する。
FIG. 3 is a schematic view showing a solar cell module according to a third embodiment of the present invention. As shown to this figure, the
本実施形態のイオン拡散防止層35は、太陽電池セル33と封止材34との間に設けられている。図では、イオン拡散防止層35は、太陽電池セル33の全体を被覆しているが、本発明のイオン拡散防止層35としては、少なくとも透光性基板31側の太陽電池セル33表面を被覆すれば透光性基板31から太陽電池セル33へのイオンの拡散を防止することができる。
The ion
このように、酸化マグネシウムを含むイオン拡散防止層35が太陽電池セル33の表面を被覆しているため、特に太陽電池セル33がシリコン系の場合、イオン拡散防止層35がパッシベーション(不活性化)層としての機能を兼ね備えたものとなる。ここで、パッシベーション層とは、太陽電池セル33の表面においてキャリアの再結合を抑制することで、太陽電池セル33の光電変換効率を向上させる機能を有する層である。
As described above, since the ion
本実施形態の太陽電池モジュール30は、太陽電池セル33の表面に酸化マグネシウムを塗布してイオン拡散防止層35とし、そののちに封止材34で太陽電池セル33を封止することで製造することができる。イオン拡散防止層35の膜厚としては、通常は0.1〜10μmの範囲内であり、0.2〜5μmの範囲内が好ましく、0.5〜2μmの範囲内が特に好ましい。太陽電池セル33への酸化マグネシウムの塗布は、上述した第1の実施形態と同様の方法で行うことができる。
The
本実施形態では、イオン拡散防止層35が太陽電池セル33を覆っているため、透光性基板31から太陽電池セル33へのイオン拡散を防止するとともに、太陽電池セル33の表面の電気的な不活性化を行うことができる。
In the present embodiment, since the ion
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではなく、また、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but these do not limit the object of the present invention, and the present invention is not limited to these examples.
1.実施例1
(1)太陽電池モジュールの構成部材
太陽電池モジュールを構成する部材は以下のものを使用した。
・透光性基板:白板ガラス(片面エンボス加工:中島硝子工業製白板型板熱処理硝子)
・バックシート:バックシート(PETベース:SFC製SPE−35)
・太陽電池セル:多結晶シリコンセル(MOTEC製IM156B3)
・封止材:封止シート(EVA製:JINHEUNG製JH−40NF)
1. Example 1
(1) Component members of solar cell module The following members were used to constitute the solar cell module.
Translucent substrate: white sheet glass (single-sided embossing: white sheet template heat treated glass manufactured by Nakajima Glass Industry Co., Ltd.)
Back sheet: back sheet (PET base: SFC SPE-35)
Solar cell: Polycrystalline silicon cell (MOTEC IM156B3)
-Sealing material: Sealing sheet (product made from EVA: JH-40 NF made from JINHEUNG)
(2)ガラス基板へのイオン拡散防止層の形成
溶媒としてメタノールを使用し、金属マグネシウム蒸気を酸化して作製した酸化マグネシウム粉末(平均粒径10nm)を濃度2.5wt%となるように分散液を調製した。次に、スピンコーター(回転数100rpm)を用いて白板ガラスに分散液を成膜した後、120℃で乾燥し溶媒を蒸発させた。膜厚はSEMによる断面観察により測定した。
(2) Formation of an ion diffusion preventing layer on a glass substrate A dispersion liquid of magnesium oxide powder (
(3)サンプルの作製
多結晶シリコン系の太陽電池セルを2枚の封止シートの間にセットし、これをさらに、受光面側に白板ガラスと裏面側にバックシートとの間にセットした。これを、真空ラミネーターを用いてラミネートした後、アルミフレームに取り付けて太陽電池モジュールのサンプルとした。
(3) Preparation of Sample A polycrystalline silicon solar cell was set between two sealing sheets, and this was further set between the white sheet glass on the light receiving surface side and the back sheet on the back surface side. After laminating this using a vacuum laminator, it was attached to an aluminum frame to make a sample of a solar cell module.
(4)PID評価試験
多結晶シリコン系の太陽電池セルを使用した太陽電池モジュールについて、時間経過に伴うPID発生確認試験を行った。まず、25℃−50%RHの条件で試験前のI−V特性試験を実施した。次に、85℃−85%RH設定の恒温恒湿槽内にサンプルを配置した。設定温度湿度条件になった後、短絡させた出力端子をマイナス極、アルミフレームはプラス極へ接続を行い、−1000Vの電圧印加を開始した。24時間経過後、サンプルを取出し、I−V特性試験を実施した。再度、恒温恒湿槽内にサンプルを設置し設定条件に到達後、1000Vの電圧印加を開始し試験を再開した。再開後24時間経過後、サンプルを取出し、I−V特性試験を実施した。得られたI−V特性より最大出力を算出した。24時間経過後及び48時間経過後の出力をそれぞれ初期出力で割った保持率も算出した。得られた結果を表1に示す。
(4) PID evaluation test About the solar cell module using the photovoltaic cell of a polycrystal silicon system, the PID generation confirmation test accompanying time progress was done. First, the IV characteristic test before a test was implemented on the conditions of 25 degreeC-50% RH. Next, the sample was placed in a constant temperature and humidity chamber set at 85 ° C. and 85% RH. After reaching the set temperature and humidity conditions, the shorted output terminal was connected to the negative pole, and the aluminum frame was connected to the positive pole, and a voltage application of -1000 V was started. After 24 hours, a sample was taken out and an IV characterization test was performed. Again, after setting the sample in the constant temperature and humidity chamber and reaching the set conditions, the voltage application of 1000 V was started to restart the test. After 24 hours after reopening, the sample was taken out and an IV characterization test was performed. The maximum output was calculated from the obtained IV characteristics. The retention rates were also calculated by dividing the output after 24 hours and after 48 hours by the initial output, respectively. The obtained results are shown in Table 1.
2.実施例2
酸化マグネシウム分散液の濃度を5wt%とし、膜厚が1μmであった以外は、実施例1と同様にしてサンプルを調整し、PID評価試験を行った。得られた結果を表1に示す。
2. Example 2
The sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the magnesium oxide dispersion was 5 wt% and the film thickness was 1 μm, and a PID evaluation test was performed. The obtained results are shown in Table 1.
3.実施例3
酸化マグネシウム分散液の濃度を10wt%とし、膜厚が2μmであった以外は、実施例1と同様にしてサンプルを調整し、PID評価試験を行った。得られた結果を表1に示す。
3. Example 3
The sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the magnesium oxide dispersion was 10 wt% and the film thickness was 2 μm, and a PID evaluation test was performed. The obtained results are shown in Table 1.
4.比較例1
実施例1において、白板ガラスにイオン拡散防止層を形成せずにサンプルを作成し、PID評価試験を行った。得られた結果を表1に示す。
4. Comparative Example 1
In Example 1, a sample was prepared without forming an ion diffusion prevention layer on white sheet glass, and a PID evaluation test was conducted. The obtained results are shown in Table 1.
5.比較例2
実施例1の分散液において、溶媒としてイソプロパノールを使用し、酸化チタン粉末(平均粒径13nm)を濃度5wt%となるように調整した。実施例1と同様に、白板ガラスに分散液を成膜して膜厚を測定したところ、1μmであった。実施例1と同様にサンプルを作成してPID評価試験を行った。得られた結果を表1に示す。
5. Comparative example 2
In the dispersion of Example 1, isopropanol was used as a solvent, and the titanium oxide powder (
6.比較例3
実施例1において、溶媒としてイソプロパノールを使用し、酸化ジルコニウム粉末(平均粒径12nm)を濃度10wt%となるように調整した。実施例1と同様に、白板ガラスに分散液を成膜して膜厚を測定したところ、1μmであった。実施例1と同様にサンプルを作成してPID評価試験を行った。得られた結果を表1に示す。
6. Comparative example 3
In Example 1, isopropanol was used as a solvent, and the zirconium oxide powder (
イオン拡散防止層を有する実施例1〜3とイオン拡散防止層を有さない比較例1とを比べると、イオン拡散防止層を有する実施例1〜3のほうが、24時間後と48時間後の出力保持率が高いことがわかる。また、酸化マグネシウムを使用した実施例1〜3と、酸化チタンを使用した比較例2とを比べると、酸化マグネシウムを使用した実施例1〜3のほうが48時間後の出力保持率が高いことがわかる。さらに、酸化マグネシウムを使用した実施例1〜3と、酸化ジルコニウムを使用した比較例3とを比べると、酸化マグネシウムを使用した実施例1〜3のほうが、初期出力値が高いことがわかる。 Comparing Examples 1 to 3 having the ion diffusion prevention layer with Comparative Example 1 not having the ion diffusion prevention layer, Examples 1 to 3 having the ion diffusion prevention layer were after 24 hours and after 48 hours. It can be seen that the output retention rate is high. In addition, comparing Examples 1 to 3 using magnesium oxide with Comparative Example 2 using titanium oxide, the output retention ratio after 48 hours is higher in Examples 1 to 3 using magnesium oxide. Recognize. Furthermore, comparing Examples 1 to 3 using magnesium oxide with Comparative Example 3 using zirconium oxide, it can be seen that the initial output value is higher in Examples 1 to 3 using magnesium oxide.
以上より、イオン拡散防止層に酸化マグネシウムを含むことで、他の金属酸化物を含む場合と比較して、初期出力値が高く、かつ長期にわたって出力を保持する(PIDによる出力低下を抑制する)ことができることがわかった。 As described above, by including magnesium oxide in the ion diffusion preventing layer, the initial output value is high as compared to the case where other metal oxides are included, and the output is held for a long period of time (suppression of output decrease due to PID) It turned out that I could do it.
なお、実施例1〜実施例3を比較すると、膜厚が0.5μmの実施例1よりも膜厚が1μmの実施例2のほうが48時間後の出力保持率が高く、膜厚が1μmの実施例2よりも膜厚が2μmの実施例3のほうが48時間後の出力保持率がより高いことがわかる。したがって、イオン拡散防止層の膜厚は1μm以上であることが好ましく、2μm前後が最も好ましいことがわかった。 In comparison with Examples 1 to 3, Example 2 having a film thickness of 1 μm has a higher output retention after 48 hours and a film thickness of 1 μm than Example 1 having a film thickness of 0.5 μm. It can be seen that the output retention rate after 48 hours is higher in Example 3 with a film thickness of 2 μm than in Example 2. Therefore, it was found that the film thickness of the ion diffusion preventing layer is preferably 1 μm or more, and about 2 μm is most preferable.
10 太陽電池モジュール、11 透光性基板、12 バックシート、13 太陽電池セル、14 封止材、15 イオン拡散防止層、20 太陽電池モジュール、21 透光性基板、22 バックシート、23 太陽電池セル、24 封止材(イオン拡散防止層)、30 太陽電池モジュール、31 透光性基板、32 バックシート、33 太陽電池セル、34 封止材、35 イオン拡散防止層
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記太陽電池セルの入射光側に位置し、アルカリ金属イオンを含有又は生成する透光性基板と、
前記透光性基板と前記太陽電池セルとの間に配設され前記透光性基板から前記太陽電池セルへの前記イオンの拡散を防止するイオン拡散防止層と、を備え、
前記イオン拡散防止層は、平均粒子径が1〜500nmの酸化マグネシウム粉末を含有し、前記イオン拡散防止層は、前記太陽電池セルの表面に配設されていることを特徴とする太陽電池モジュール。 Solar cells that convert incident light into electricity;
A translucent substrate located on the incident light side of the solar battery cell and containing or generating alkali metal ions;
And an ion diffusion preventing layer disposed between the light transmitting substrate and the solar battery cell to prevent the diffusion of the ions from the light transmitting substrate to the solar battery cell,
The ion diffusion preventing layer, having an average particle size magnesium oxide powder of 1 to 500 nm, the ion diffusion preventing layer, a solar cell module which is characterized that you have been disposed on the surface of the solar cell.
前記透光性基板の一面と前記太陽電池セルの他面とのいずれか一方若しくは両方に、平均粒子径が1〜500nmの酸化マグネシウム粉末が分散した溶媒からなる分散液を塗布する塗布工程と、
前記溶媒を揮発させるのみで、前記透光性基板の一面と前記太陽電池セルの他面とのいずれか一方若しくは両方に、前記酸化マグネシウム粉末を含有する酸化マグネシウム膜を形成するイオン拡散防止層形成工程と、
前記透光性基板の一面と前記太陽電池セルの他面とが向き合うように前記透光性基板と前記太陽電池セルとを配置する配置工程と、を含み、
前記酸化マグネシウム膜のち密化を図る工程を経ることなく、イオン拡散防止層を形成することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。 A method of manufacturing a solar cell module, comprising: a solar battery cell for converting incident light into electricity; and a light transmitting substrate containing or generating alkali metal ions,
Applying a dispersion comprising a solvent in which magnesium oxide powder having an average particle diameter of 1 to 500 nm is dispersed on one or both of the one surface of the light-transmissive substrate and the other surface of the solar battery cell;
In Runomi evaporating the solvent, to either or both of the other surface of the one surface of the transparent substrate wherein the solar cell, the ion diffusion preventing layer to form a magnesium oxide film containing the magnesium oxide powder Forming process,
See containing and a placement step of placing the other surface and the translucent substrate to face is the solar cell and a surface of the translucent substrate and the solar cells,
A method of manufacturing a solar cell module, comprising forming an ion diffusion preventing layer without passing through the step of densifying the magnesium oxide film .
前記太陽電池セルを封止材で封止する封止工程と、
前記封止材の前記透光性基板に対向する側の表面に、平均粒子径が1〜500nmの酸化マグネシウム粉末が分散した溶媒からなる分散液を塗布する塗布工程と、
前記溶媒を揮発させるのみで、前記封止材の表面に、前記酸化マグネシウム粉末を含有する酸化マグネシウム膜を形成するイオン拡散防止層形成工程と、
前記酸化マグネシウム膜を挟んで前記透光性基板と前記太陽電池セルとが向き合うように前記透光性基板と前記太陽電池セルとを配置する配置工程と、を含み、
前記酸化マグネシウム膜のち密化を図る工程を経ることなく、イオン拡散防止層を形成することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。 A method of manufacturing a solar cell module, comprising: a solar battery cell that converts incident light into electricity; and a translucent substrate that contains or generates alkali metal ions,
A sealing step of sealing the solar battery cell with a sealing material;
Applying a dispersion liquid comprising a solvent in which magnesium oxide powder having an average particle diameter of 1 to 500 nm is dispersed on the surface of the sealing material facing the light transmitting substrate;
In Runomi evaporating the solvent, the surface of the sealing material, and an ion diffusion preventing layer forming step of forming a magnesium oxide film containing the magnesium oxide powder,
See containing and a placement step of placing the said and the transparent substrate sandwiching the magnesium oxide film and the solar cell and the transparent substrate so as to face the solar cell,
A method of manufacturing a solar cell module, comprising forming an ion diffusion preventing layer without passing through the step of densifying the magnesium oxide film .
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