JPH1051016A - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
太陽電池およびその製造方法Info
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- JPH1051016A JPH1051016A JP8201612A JP20161296A JPH1051016A JP H1051016 A JPH1051016 A JP H1051016A JP 8201612 A JP8201612 A JP 8201612A JP 20161296 A JP20161296 A JP 20161296A JP H1051016 A JPH1051016 A JP H1051016A
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- Japan
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- substrate
- film
- solar cell
- semiconductor material
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 近接昇華法を用いて作製する太陽電池におい
て、製膜時の基板およびソースの昇温速度および雰囲気
である不活性ガスのチャンバーの断面積当たりの流量と
変換効率の関係を検討し、前記条件の最適化を行うこと
により、変換効率の向上を行うことを目的とする。 【解決手段】 半導体材料4に接している下部カーボン
サセプター3および基板5に接している上部カーボンサ
セプター6の昇温速度を100℃/分以上とする。ま
た、製膜時の不活性ガスの石英管2のチャンバーの断面
積当たりの流量を0.661cc/分/cm2 以下とす
る。これらにより、変換効率の高い太陽電池が得られ
る。
て、製膜時の基板およびソースの昇温速度および雰囲気
である不活性ガスのチャンバーの断面積当たりの流量と
変換効率の関係を検討し、前記条件の最適化を行うこと
により、変換効率の向上を行うことを目的とする。 【解決手段】 半導体材料4に接している下部カーボン
サセプター3および基板5に接している上部カーボンサ
セプター6の昇温速度を100℃/分以上とする。ま
た、製膜時の不活性ガスの石英管2のチャンバーの断面
積当たりの流量を0.661cc/分/cm2 以下とす
る。これらにより、変換効率の高い太陽電池が得られ
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池とその製
造方法に関する。
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体材料と基板を空隙を挟んで近接し
て対向配置し、半導体材料を基板より高温に加熱するこ
とにより基板上へ半導体薄膜を形成する方法である近接
昇華法(CSS法)は、テルル化カドミウム(以下Cd
Teと記す)系太陽電池のCdTe製膜法としてよく用
いられており、また同系の世界最高である15.8%の
変換効率の太陽電池も前記法で得られたCdTe膜を用
いている。近接昇華法は、半導体材料(以下ソースと記
す)に対して僅かな空隙を挟んで置いた基板上に、主に
減圧の不活性ガス雰囲気中でソース温度を基板温度より
高く加熱し、基板上に昇華したCdTeを析出させる方
法である。この製膜法の最大の特徴は、結晶性の良好な
CdTe膜が得られることである。
て対向配置し、半導体材料を基板より高温に加熱するこ
とにより基板上へ半導体薄膜を形成する方法である近接
昇華法(CSS法)は、テルル化カドミウム(以下Cd
Teと記す)系太陽電池のCdTe製膜法としてよく用
いられており、また同系の世界最高である15.8%の
変換効率の太陽電池も前記法で得られたCdTe膜を用
いている。近接昇華法は、半導体材料(以下ソースと記
す)に対して僅かな空隙を挟んで置いた基板上に、主に
減圧の不活性ガス雰囲気中でソース温度を基板温度より
高く加熱し、基板上に昇華したCdTeを析出させる方
法である。この製膜法の最大の特徴は、結晶性の良好な
CdTe膜が得られることである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近接昇華法では、ソー
ス温度、基板温度、製膜時間、雰囲気、製膜時の圧力、
基板とソース間のギャップ長等の製膜条件が太陽電池特
性に影響することは容易に予測できるが、基板あるいは
ソースの昇温速度および製膜中の雰囲気の不活性ガス流
量に特性が依存することは確認されておらず、また検討
も行われていなかった。
ス温度、基板温度、製膜時間、雰囲気、製膜時の圧力、
基板とソース間のギャップ長等の製膜条件が太陽電池特
性に影響することは容易に予測できるが、基板あるいは
ソースの昇温速度および製膜中の雰囲気の不活性ガス流
量に特性が依存することは確認されておらず、また検討
も行われていなかった。
【0004】従来、前記製膜法において、基板あるいは
ソースの昇温速度は75℃/分と一定で行っていた。ま
た、基板およびソースを加熱する前に雰囲気の不活性ガ
スを導入し、製膜時も連続して不活性ガスを2.203
cc/分/cm2の流量で導入し続けていた。
ソースの昇温速度は75℃/分と一定で行っていた。ま
た、基板およびソースを加熱する前に雰囲気の不活性ガ
スを導入し、製膜時も連続して不活性ガスを2.203
cc/分/cm2の流量で導入し続けていた。
【0005】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、基板およびソースの昇温速度、および製膜
中の雰囲気の不活性ガス流量を最適化することにより、
太陽電池の変換効率の向上を目的とする。
ものであり、基板およびソースの昇温速度、および製膜
中の雰囲気の不活性ガス流量を最適化することにより、
太陽電池の変換効率の向上を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の太陽電池は、近接昇華法による製膜時の基板
およびソースの昇温速度を100℃/分以上としたもの
である。また、同製膜法による製膜時の雰囲気の不活性
ガス流量を0.661cc/分/cm2以下としたもの
である。さらに、前記製造方法により作製した太陽電池
である。
に本発明の太陽電池は、近接昇華法による製膜時の基板
およびソースの昇温速度を100℃/分以上としたもの
である。また、同製膜法による製膜時の雰囲気の不活性
ガス流量を0.661cc/分/cm2以下としたもの
である。さらに、前記製造方法により作製した太陽電池
である。
【0007】上記方法によって、近接昇華法により製膜
された膜の結晶性がより向上し、この膜を用いることに
より変換効率の高い太陽電池が得られる。また、従来の
ものより昇温速度を早くすることで製造時間が短縮さ
れ、不活性ガスの使用量も減少することより、製造コス
トが低減される。
された膜の結晶性がより向上し、この膜を用いることに
より変換効率の高い太陽電池が得られる。また、従来の
ものより昇温速度を早くすることで製造時間が短縮さ
れ、不活性ガスの使用量も減少することより、製造コス
トが低減される。
【0008】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の本発明は、半導
体材料と基板を空隙を挟んで近接して対向配置し、前記
半導体材料を基板より高温にすることにより基板上へ半
導体材料を形成する方法において、前記基板および前記
半導体材料の昇温速度を100℃/分以上として製膜を
行うものである。この方法により、変換効率の高い太陽
電池を得ることができる。これは昇温速度を速めること
により、昇温中に半導体材料が早く析出し始めるため、
事前に基板上に形成していた膜が昇華するのを抑制され
結晶性が良くなると考えられる。さらに、昇温速度を速
くすることにより製膜時間を短縮でき、生産コストが低
減される。ただし、基板に用いるガラスは急激な昇温に
より割れや反りを生じるため、昇温速度の上限はガラス
が割れるかあるいは反る昇温速度までとする必要がある
が、この昇温速度はガラスの組成、板厚あるいは加熱方
法などにより異なるものである。
体材料と基板を空隙を挟んで近接して対向配置し、前記
半導体材料を基板より高温にすることにより基板上へ半
導体材料を形成する方法において、前記基板および前記
半導体材料の昇温速度を100℃/分以上として製膜を
行うものである。この方法により、変換効率の高い太陽
電池を得ることができる。これは昇温速度を速めること
により、昇温中に半導体材料が早く析出し始めるため、
事前に基板上に形成していた膜が昇華するのを抑制され
結晶性が良くなると考えられる。さらに、昇温速度を速
くすることにより製膜時間を短縮でき、生産コストが低
減される。ただし、基板に用いるガラスは急激な昇温に
より割れや反りを生じるため、昇温速度の上限はガラス
が割れるかあるいは反る昇温速度までとする必要がある
が、この昇温速度はガラスの組成、板厚あるいは加熱方
法などにより異なるものである。
【0009】また、請求項2に記載の本発明は、半導体
材料と基板を空隙を挟んで近接して対向配置し、前記半
導体材料を基板より高温に加熱することにより基板上へ
半導体薄膜を形成する方法において、空隙の雰囲気であ
る不活性ガスの流量が0.661cc/分/cm2以下
として製膜を行うものである。この方法により、変換効
率の高い太陽電池を得ることができる。これは不活性ガ
スの流量が少ないので、ソースの昇華が均一に安定的に
行われ結晶性が良くなるためと考えられる。さらに、不
活性ガス流量を少なくすることで生産コストが低減され
る。
材料と基板を空隙を挟んで近接して対向配置し、前記半
導体材料を基板より高温に加熱することにより基板上へ
半導体薄膜を形成する方法において、空隙の雰囲気であ
る不活性ガスの流量が0.661cc/分/cm2以下
として製膜を行うものである。この方法により、変換効
率の高い太陽電池を得ることができる。これは不活性ガ
スの流量が少ないので、ソースの昇華が均一に安定的に
行われ結晶性が良くなるためと考えられる。さらに、不
活性ガス流量を少なくすることで生産コストが低減され
る。
【0010】また、請求項3に記載の本発明は、半導体
材料と基板を空隙を挟んで近接して対向配置し、前記半
導体材料を基板より高温に加熱することにより基板上へ
半導体薄膜を形成する方法において、前記基板および前
記半導体材料の昇温速度を100℃/分以上とし、かつ
空隙の雰囲気である不活性ガスの流量を0.661cc
/分/cm2以下として製膜を行うものである。
材料と基板を空隙を挟んで近接して対向配置し、前記半
導体材料を基板より高温に加熱することにより基板上へ
半導体薄膜を形成する方法において、前記基板および前
記半導体材料の昇温速度を100℃/分以上とし、かつ
空隙の雰囲気である不活性ガスの流量を0.661cc
/分/cm2以下として製膜を行うものである。
【0011】さらに、本発明は上記製造方法において、
半導体薄膜としてはテルル化カドミウム薄膜を用い、基
板としてはガラス基板上に透明導電膜と硫化カドミウム
膜を順次積層させたものを用いるものである。
半導体薄膜としてはテルル化カドミウム薄膜を用い、基
板としてはガラス基板上に透明導電膜と硫化カドミウム
膜を順次積層させたものを用いるものである。
【0012】また、請求項5に記載の本発明は、透明導
電膜と、硫化カドミウムから成るn型半導体膜が予め形
成された基板上に請求項1〜3記載の方法によりテルル
化カドミウムから成るp型半導体膜を形成してp−n接
合を形成した太陽電池である。
電膜と、硫化カドミウムから成るn型半導体膜が予め形
成された基板上に請求項1〜3記載の方法によりテルル
化カドミウムから成るp型半導体膜を形成してp−n接
合を形成した太陽電池である。
【0013】以下、本発明の実施の形態について、図1
を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の近接昇華法に用いる、
赤外線ランプヒーター1により加熱を行う雰囲気炉の構
造断面図を示す。図1において石英管2のチャンバー内
に下部カーボンサセプター3上に薄膜形成を行う半導体
材料4を配置する。半導体材料4に対し数mm以下の空
隙を隔てて薄膜形成を行う基板5を配置し、その上部に
上部カーボンサセプター6を配置する。
を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の近接昇華法に用いる、
赤外線ランプヒーター1により加熱を行う雰囲気炉の構
造断面図を示す。図1において石英管2のチャンバー内
に下部カーボンサセプター3上に薄膜形成を行う半導体
材料4を配置する。半導体材料4に対し数mm以下の空
隙を隔てて薄膜形成を行う基板5を配置し、その上部に
上部カーボンサセプター6を配置する。
【0014】赤外線ランプヒーター1により下部カーボ
ンサセプター3および上部カーボンサセプター6を加熱
し、石英管2の内部に不活性ガスを導入し、半導体材料
4と基板5の空隙に不活性ガスを導入しながら基板5上
に半導体薄膜を形成する。
ンサセプター3および上部カーボンサセプター6を加熱
し、石英管2の内部に不活性ガスを導入し、半導体材料
4と基板5の空隙に不活性ガスを導入しながら基板5上
に半導体薄膜を形成する。
【0015】
【実施例】次に、本発明の太陽電池の作製方法の具体例
を説明する。
を説明する。
【0016】(実施例1)図2に本発明の太陽電池の構
造断面図を示す。ガラス基板7としては、硼珪酸ガラ
ス、低アルカリガラス、白板ガラス又はソーダライムガ
ラスを用い、その表面に化学気相成長法(CVD法)に
より0.1〜1μmの厚さの酸化錫膜を得る。このと
き、ガラス基板7とSnO2膜の間にガラスからのアル
カリ分の拡散を防止するために、シリカ膜(SiO
2膜)を形成する場合もある。
造断面図を示す。ガラス基板7としては、硼珪酸ガラ
ス、低アルカリガラス、白板ガラス又はソーダライムガ
ラスを用い、その表面に化学気相成長法(CVD法)に
より0.1〜1μmの厚さの酸化錫膜を得る。このと
き、ガラス基板7とSnO2膜の間にガラスからのアル
カリ分の拡散を防止するために、シリカ膜(SiO
2膜)を形成する場合もある。
【0017】n型半導体である硫化カドミウムは、有機
金属錯体材料を熱分解する方法により形成する。イソプ
ロピルキサントゲン酸カドミウムを1−メチル−2−ピ
ロリドンに溶解した溶液を塗布、乾燥後、450℃で熱
分解を行うことにより、透明導電膜8上に0.05〜
0.2μmの厚さの硫化カドミウム膜9を形成し、これ
を近接昇華法用における基板5とする。次に、半導体材
料としてCdTeを用い、実施の形態1で示した方法で
基板とソースとを75〜250℃/分で昇温し、基板温
度を400〜650℃、ソースを基板温度に対して5〜
100℃高い温度に保持し、雰囲気ガスとしてアルゴン
を用いそのチャンバーの単位断面積当たりの流量を0〜
2.203cc/分/cm2とし、30秒〜数分間製膜
を行うことによって、基板5の表面にCdTe膜10を
形成する。
金属錯体材料を熱分解する方法により形成する。イソプ
ロピルキサントゲン酸カドミウムを1−メチル−2−ピ
ロリドンに溶解した溶液を塗布、乾燥後、450℃で熱
分解を行うことにより、透明導電膜8上に0.05〜
0.2μmの厚さの硫化カドミウム膜9を形成し、これ
を近接昇華法用における基板5とする。次に、半導体材
料としてCdTeを用い、実施の形態1で示した方法で
基板とソースとを75〜250℃/分で昇温し、基板温
度を400〜650℃、ソースを基板温度に対して5〜
100℃高い温度に保持し、雰囲気ガスとしてアルゴン
を用いそのチャンバーの単位断面積当たりの流量を0〜
2.203cc/分/cm2とし、30秒〜数分間製膜
を行うことによって、基板5の表面にCdTe膜10を
形成する。
【0018】CdTe膜10上に炭素粉末と樹脂の有機
溶媒溶液からなる増粘剤とを練合して得られたカーボン
ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥後焼き
付けることによりカーボン電極層11を形成する。この
後、銀とインジウムとの混合粉末と樹脂の有機溶媒溶液
からなる増粘剤を練合して得られたペーストをスクリー
ン印刷法によりCdSとカーボン電極層上に塗布し、乾
燥、焼付けを行い+側電極12および−側電極13と
し、CdS/CdTe太陽電池を作製し、変換効率を測
定した。
溶媒溶液からなる増粘剤とを練合して得られたカーボン
ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥後焼き
付けることによりカーボン電極層11を形成する。この
後、銀とインジウムとの混合粉末と樹脂の有機溶媒溶液
からなる増粘剤を練合して得られたペーストをスクリー
ン印刷法によりCdSとカーボン電極層上に塗布し、乾
燥、焼付けを行い+側電極12および−側電極13と
し、CdS/CdTe太陽電池を作製し、変換効率を測
定した。
【0019】図3にチャンバーの単位断面積当たりのア
ルゴンガス流量が0.661cc/分/cm2の場合
の、基板およびソースの昇温速度に対する太陽電池の変
換効率を示す。昇温速度を100℃/分以上に速くする
ことにより、従来の75℃/分で変換効率が6%であっ
たのに対し8%以上と2%以上向上し、高性能な太陽電
池が得られた。また、200℃/分以上では10%以上
と4%以上の向上となりさらに好ましいが、現在の赤外
線ランプヒーターの容量の点より、連続製膜においては
175〜200℃/分が最も望ましい値となった。
ルゴンガス流量が0.661cc/分/cm2の場合
の、基板およびソースの昇温速度に対する太陽電池の変
換効率を示す。昇温速度を100℃/分以上に速くする
ことにより、従来の75℃/分で変換効率が6%であっ
たのに対し8%以上と2%以上向上し、高性能な太陽電
池が得られた。また、200℃/分以上では10%以上
と4%以上の向上となりさらに好ましいが、現在の赤外
線ランプヒーターの容量の点より、連続製膜においては
175〜200℃/分が最も望ましい値となった。
【0020】図4にチャンバーの単位断面積当たりのア
ルゴンガスの流量に対する太陽電池の変換効率を示す。
この時の基板およびソースの昇温速度は175℃/分で
ある。単位断面積当たりのアルゴンガス流量を2.20
3cc/分/cm2から0.661cc/分/cm2に少
なくすることにより、従来の変換効率が6%であったの
に対し9%以上と3%程度向上した。さらに0cc/分
/cm2にすることにより10%以上と4%程度向上す
る。従って、チャンバーの単位断面積当たりのアルゴン
ガス流量は0.661cc/分/cm2以下が好まし
く、0cc/分/cm2が最も好ましい。
ルゴンガスの流量に対する太陽電池の変換効率を示す。
この時の基板およびソースの昇温速度は175℃/分で
ある。単位断面積当たりのアルゴンガス流量を2.20
3cc/分/cm2から0.661cc/分/cm2に少
なくすることにより、従来の変換効率が6%であったの
に対し9%以上と3%程度向上した。さらに0cc/分
/cm2にすることにより10%以上と4%程度向上す
る。従って、チャンバーの単位断面積当たりのアルゴン
ガス流量は0.661cc/分/cm2以下が好まし
く、0cc/分/cm2が最も好ましい。
【0021】なお、本実施例では透明導電膜としてSn
O2膜について説明したが、酸化インジウム錫膜あるい
は酸化亜鉛膜についても同様の効果が得られ、またその
製膜方法はスパッタ法や蒸着法を用いても同様の効果が
得られる。
O2膜について説明したが、酸化インジウム錫膜あるい
は酸化亜鉛膜についても同様の効果が得られ、またその
製膜方法はスパッタ法や蒸着法を用いても同様の効果が
得られる。
【0022】また、雰囲気の不活性ガスとしてアルゴン
を用いて説明したが、窒素を用いても同様の効果が得ら
れる。
を用いて説明したが、窒素を用いても同様の効果が得ら
れる。
【0023】また、硫化カドミウム膜の形成法として、
有機金属錯体材料を熱分解する方法を用いたが、硫化カ
ドミウムを塗布、焼結する方法や、近接昇華法を用いて
も同様の効果が得られ、また、有機金属化合物錯体材料
としてジベンジルジチオカルバミン酸カドミウム、n−
ブチルキサントゲン酸カドミウムなどを用いても同様の
効果が得られる。
有機金属錯体材料を熱分解する方法を用いたが、硫化カ
ドミウムを塗布、焼結する方法や、近接昇華法を用いて
も同様の効果が得られ、また、有機金属化合物錯体材料
としてジベンジルジチオカルバミン酸カドミウム、n−
ブチルキサントゲン酸カドミウムなどを用いても同様の
効果が得られる。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、太陽電池
の変換効率が向上し、製造コストが低減されるという有
利な効果が得られる。
の変換効率が向上し、製造コストが低減されるという有
利な効果が得られる。
【図1】本発明の製膜方法を用いて作製する装置の構造
断面図
断面図
【図2】本発明の太陽電池の構造断面図
【図3】本発明の基板およびソースの昇温速度に対する
変換効率を示す図
変換効率を示す図
【図4】本発明の雰囲気であるアルゴンガス流量に対す
る変換効率を示す図
る変換効率を示す図
1 赤外線ランプヒーター 2 石英管 3 下部カーボンサセプター 4 半導体材料 5 基板 6 上部カーボンサセプター 7 ガラス基板 8 透明導電膜 9 硫化カドミウム膜 10 テルル化カドミウム膜 11 カーボン電極 12 +側電極 13 −側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 室園 幹夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体材料と基板を空隙を挟んで近接し
て対向配置し、前記半導体材料を基板より高温に加熱す
ることにより基板上へ半導体薄膜を形成する方法におい
て、前記基板および前記半導体材料の昇温速度が100
℃/分以上である太陽電池の製造方法。 - 【請求項2】 半導体材料と基板を空隙を挟んで近接し
て対向配置し、前記半導体材料を基板より高温に加熱す
ることにより基板上へ半導体薄膜を形成する方法におい
て、空隙の雰囲気である不活性ガスの流量が0.661
cc/分/cm 2以下である太陽電池の製造方法。 - 【請求項3】 半導体材料と基板を空隙を挟んで近接し
て対向配置し、前記半導体材料を基板より高温に加熱す
ることにより基板上へ半導体薄膜を形成する方法におい
て、前記基板および前記半導体材料の昇温速度が100
℃/分以上であり、かつ空隙の雰囲気である不活性ガス
の流量が0.661cc/分/cm2以下である太陽電
池の製造方法。 - 【請求項4】 不活性ガスの流量は0cc/分/cm2
である請求項2あるいは3記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項5】 半導体薄膜はテルル化カドミウム薄膜で
あり、基板はガラス基板上に透明導電膜と硫化カドミウ
ム膜を順次積層させたものである請求項1〜4記載の太
陽電池の製造方法。 - 【請求項6】 透明導電膜と、硫化カドミウムから成る
n型半導体膜が予め形成された基板上に請求項1〜4記
載の方法によりテルル化カドミウムから成るp型半導体
膜を形成してp−n接合を形成した太陽電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8201612A JPH1051016A (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | 太陽電池およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8201612A JPH1051016A (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | 太陽電池およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1051016A true JPH1051016A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=16443955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8201612A Pending JPH1051016A (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | 太陽電池およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1051016A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011016121A1 (ja) * | 2009-08-06 | 2011-02-10 | 住友電気工業株式会社 | 成膜装置 |
-
1996
- 1996-07-31 JP JP8201612A patent/JPH1051016A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011016121A1 (ja) * | 2009-08-06 | 2011-02-10 | 住友電気工業株式会社 | 成膜装置 |
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