(57)【要約】【課題】安価に製造することができるとともに、高い変換効率を有する光電変換素子を提供する。【解決手段】光電変換素子は、第１導電型の半導体基板と、該半導体基板の一方の表面上に設けられた第１導電型の第１の非晶質膜と、該表面上に該第１の非晶質膜から独立して設けられた第２導電型の第２の非晶質膜と、を備え、該第２の非晶質膜は、非晶質領域と結晶質領域とを含み、該結晶質領域は、誘起電流測定における出力電流の値が該非晶質領域よりも大きい領域である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の一方の表面上に設けられた第１導電型の第１の非晶質膜と、
前記表面上に前記第１の非晶質膜から独立して設けられた第２導電型の第２の非晶質膜と、を備え、
前記第２の非晶質膜は、非晶質領域と結晶質領域とを含み、
前記結晶質領域は、誘起電流測定における出力電流の値が前記非晶質領域よりも大きい領域である、光電変換素子。
【請求項２】
前記結晶質領域は、前記第２の非晶質膜の表面上において、略等間隔に複数配置されている、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記結晶質領域は、前記非晶質領域にレーザーアニールを行なうことにより形成される、請求項１または請求項２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
第１導電型の半導体基板の一方の表面の全面上に第２導電型の第２の非晶質膜を形成する工程と、
前記第２の非晶質膜の一部を除去することにより前記半導体基板を露出させる工程と、
前記第２の非晶質膜上にマスク層を形成する工程と、
前記半導体基板の露出面上および前記マスク層上に第１導電型の第１の非晶質膜を形成する工程と、
前記マスク層上に形成された前記第１の非晶質膜に貫通孔を形成する工程と、
前記マスク層および前記第１の非晶質膜の一部を除去することにより前記第２の非晶質膜を露出させる工程と、を含む、光電変換素子の製造方法。
【請求項５】
前記貫通孔を形成する工程は、レーザー加工により貫通孔を形成する工程である、請求項４に記載の光電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換素子および光電変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光エネルギを電気エネルギに直接変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池には化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類のものがあるが、現在主流となっているのはシリコン結晶を用いたものである。
【０００３】
ところで現在最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽光が入射する側の面である受光面と、受光面の反対側である裏面とにそれぞれ電極が形成された構造のものである。しかしこのように受光面に電極を形成した場合には、電極における太陽光の反射および吸収があることから、電極の面積分だけ入射する太陽光の量が減少してしまうという不都合がある。
【０００４】
そこで、たとえば特開２０１０−８０８８７号公報（特許文献１）に示されるように、ｎ型の単結晶シリコン基板の裏面上に、ｉ型の非晶質シリコン膜とｐ型の非晶質シリコン膜とからなる積層体と、ｉ型の非晶質シリコン膜とｎ型の非晶質シリコン膜とからなる積層体とを形成し、これらの積層体のｐ型の非晶質シリコン膜上およびｎ型の非晶質シリコン膜上に電極を形成して特性を向上させた太陽電池セル（ヘテロ接合型バックコンタクトセル）の開発が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−８０８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ヘテロ接合型バックコンタクトセルは、上記のように、半導体基板の一方の表面上にｎ型およびｐ型の双方の積層構造を形成するため、その製造過程において複雑なパターン形成を行なう必要がある。現在このようなパターン形成には、多くの場合リフトオフ法が用いられている。
【０００７】
リフトオフ法とは、基板上にマスク層をパターニングした後、その上からシリコンや金属などからなる上層を形成し、その後に下層であるマスク層を剥離することによって、目的のパターンの上層を残す方法である。リフトオフ法は、微細なパターン形成に有用な方法ではあるが、マスク層が上層に覆われた状態で、剥離液を下層であるマスク層に浸透させる必要があるため、加工速度に一定の限界を有していた。また剥離液が十分浸透していない状態でマスク層の剥離を行なうと、上層が引きちぎられバリが発生するなどの不都合が生じる場合もあった。
【０００８】
とりわけヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、上層として、たとえばｉ型の非晶質膜とｐ型の非晶質膜とからなる積層膜が形成される場合があり、剥離液の浸透に伴う加工時間の長さが生産効率に及ぼす影響は大きく、延いては製造コストを高くする一因となっていた。一方、太陽電池の需要は拡大を続けており、製造コストの低減は益々重要になっている。また太陽電池の変換効率向上に対する市場要求は依然として強い。
【０００９】
本発明は上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは安価に製造することができるとともに、高い変換効率を有する光電変換素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねたところ、リフトオフ法により除去される上層に特定の加工を行なうことにより、剥離液の浸透性が改善し、全体として生産効率を向上させることができるという知見を得、さらに該加工によって光電変換素子の変換効率が変化するという知見を得、そしてこれらの知見に基づきさらに検討を重ねることにより本発明を完成させたものである。
【００１１】
すなわち、本発明の実施形態の光電変換素子は、第１導電型の半導体基板と、該半導体基板の一方の表面上に設けられた第１導電型の第１の非晶質膜と、該表面上に該第１の非晶質膜から独立して設けられた第２導電型の第２の非晶質膜と、を備え、該第２の非晶質膜は、非晶質領域と結晶質領域とを含み、該結晶質領域は、レーザー光または電子による誘起電流測定における出力電流の値が相対的に該非晶質領域よりも大きい領域であることを特徴とする。
【００１２】
ここで、誘起電流測定における出力電流の値が大きいことは、上記結晶質領域は、上記非晶質領域に比べて、電気的に活性化したドーパントの濃度が高められ、電気抵抗が低下し曲線因子が高いことを示している。このような性質を有する上記結晶質領域は、μ−ＰＣＤ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｐｈｏｔｏ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  Ｄｅｃａｙ）法によって測定される有効キャリアライフタイムが上記非晶質領域に比べて長く、またＩｍｐｌｉｅｄ  Ｖｏｃ法によって測定されるキャリアライフタイムおよび表面再結合速度が上記非晶質領域に比べて遅いという特徴をも有するものである。
【００１３】
したがって、たとえば誘起電流測定の代わりにμ−ＰＣＤ法やＩｍｐｌｉｅｄ  Ｖｏｃ法を用いて上記結晶質領域と非晶質領域とを判別し、該結晶質領域の存在を確認することも可能である。
【００１４】
また上記結晶質領域は、上記第２の非晶質膜の表面上において、直径が０．１μｍ以上５０μｍ以下の略円形状の領域であることが好ましい。ここで該直径は、より好ましくは３０μｍ以上５０μｍ以下である。
【００１５】
さらにまた該結晶質領域は、該第２の非晶質膜の表面上において、略等間隔に複数配置されていることが好ましい。
【００１６】
また上記結晶質領域は、ラマン分光スペクトルにおける５２０ｃｍ-1付近の散乱強度が、上記非晶質領域よりも大きい領域であることが好ましい。なおラマン分光スペクトルにおける５２０ｃｍ-1付近の散乱強度とは、結晶シリコン固有の散乱強度を示す。
【００１７】
そして上記結晶質領域は、上記非晶質領域にレーザーアニールを行なうことにより形成されることが好適である。
【００１８】
また上記第１導電型はｎ型の導電型であり、上記第２導電型はｐ型の導電型であることが好ましい。
【００１９】
また本発明は上記の光電変換素子の製造方法にも係わり、該製造方法は、第１導電型の半導体基板の一方の表面の全面上に第２導電型の第２の非晶質膜を形成する工程と、該第２の非晶質膜の一部を除去することにより該半導体基板を露出させる工程と、該第２の非晶質膜上にマスク層を形成する工程と、該半導体基板の露出面上および該マスク層上に第１導電型の第１の非晶質膜を形成する工程と、該マスク層上に形成された該第１の非晶質膜に貫通孔を形成する工程と、該マスク層および該第１の非晶質膜の一部を除去することにより該第２の非晶質膜を露出させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
ここで上記貫通孔を形成する工程は、複数の貫通孔を形成する工程であることが好ましく、該貫通孔は孔径が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。該貫通孔の孔径は、より好ましくは３０μｍ以上５０μｍ以下である。
【００２１】
そして好ましくは、該貫通孔を形成する工程は、レーザー加工により貫通孔を形成する工程であり、波長が６００ｎｍ以下、パルス幅が１ｎｓ以上１００ｎｓ以下の条件でレーザー加工を行なう工程である。ここで該パルス幅のより好ましい範囲は、１０ｎｓ以上１００ｎｓ以下である。なおレーザー加工としては、たとえばレーザーアブレーションと呼ばれる加工方法を挙げることができる。このレーザーアブレーションとは、高強度、短パルスおよび短波長のレーザーを、無機物、有機物あるいは金属といった固体の表面に照射し、レーザー照射時に発生する吸収熱による蒸発、プラズマ発光、衝撃音などを伴って、固体の表面相を爆発的に剥離する手法をいう。
【００２２】
さらに上記貫通孔を形成する工程は、貫通孔を形成するとともに、レーザーのアニール効果によって上記第２の非晶質膜の結晶化を伴う工程であっても良い。
【００２３】
また上記貫通孔を形成する工程は、上記第１の非晶質膜上にフォトレジストを塗布する工程を含み、該フォトレジストに対してフォトリソグラフィを行なうことより、貫通孔を形成する工程であっても良い。
【００２４】
また上記第２の非晶質膜を露出させる工程は、ウェットエッチングを行なうことにより上記マスク層を除去した後、リフトオフを行なうことにより上記第１の非晶質膜を除去する工程であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光電変換素子は、安価に製造できるとともに高い変換効率を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態の光電変換素子の模式的な断面図である。
【図２】実施形態の光電変換素子の一部の模式的な斜視図である。
【図３】実施形態の光電変換素子の製造方法の一例の工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図４】実施形態の光電変換素子の製造方法の一例の工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図５】実施形態の光電変換素子の製造方法の一例の工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図６】実施形態の光電変換素子の製造方法の一例の工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図７】実施形態の光電変換素子の製造方法の一例の工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図８】実施形態の光電変換素子の製造方法の一例の工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図９】実施形態の光電変換素子の製造方法の一例の工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図１０】実施形態の光電変換素子の製造方法の一例の工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図１１】実施形態の光電変換素子の製造方法の一例の工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図１２】（ａ）は実施形態の光電変換素子の製造方法の一例の工程の一部について図解する模式的な断面図である。（ｂ）は実施形態の光電変換素子の製造方法の一例の工程の一部について図解する模式的な斜視図である。
【図１３】実施形態の光電変換素子の製造方法の一例の工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図１４】実施形態に係る光電変換モジュールの構成の一例を示す概略図である。
【図１５】実施形態に係る太陽光発電システムの構成の一例を示す概略図である。
【図１６】実施形態に係わる光電変換モジュールアレイの構成の一例を示す概略図である。
【図１７】実施形態に係る太陽光発電システムの構成の他の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［第１実施形態］
以下、本発明の実施形態（以下「本実施形態」とも記す）について詳細に説明するが本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお本明細書の図面において同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２８】
まず第１実施形態として光電変換素子およびその製造方法について説明する。
＜光電変換素子＞
（全体構成）
図１は、実施形態の光電変換素子の模式的な断面図である。本実施形態の光電変換素子は、ｎ型の半導体基板１の一方の表面（以下「裏面」とも記す）に、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第１のノンドープ膜７が設けられており、第１のノンドープ膜７の上にはｎ型のアモルファスシリコンからなる第１の非晶質膜８が形成されている。また同表面に、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第２のノンドープ膜５が設けられており、第２のノンドープ膜５の上には、ｐ型のアモルファスシリコンからなる第２の非晶質膜６が、第１の非晶質膜８から独立して形成されている。
【００２９】
そして第１の非晶質膜８の上には、第１の電極９が設けられ、第２の非晶質膜６の上には、第２の電極１０が設けられている。
【００３０】
図２は、実施形態の光電変換素子の一部の模式的な斜視図である。図２では第１の電極９および第２の電極１０を図示していない。図２に示すように第２の非晶質膜６は、非晶質領域６１と結晶質領域６２とを含み、結晶質領域６２は誘起電流測定において計測される出力電流の値が非晶質領域６１よりも大きいという特徴を有する。
【００３１】
ここで誘起電流測定とは、典型的には、レーザー光誘起電流測定〔Ｌｅｓｅｒ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｃｕｒｒｅｎｔ測定（以下「ＬＢＩＣ測定」とも記す）〕、または電子誘起電流測定〔Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｃｕｒｒｅｎｔ測定（以下「ＥＢＩＣ測定」とも記す）〕などである。
【００３２】
また誘起電流測定に代えて、たとえば表面領域の再結合速度を間接的に評価する方法、すなわちキャリアライフタイム測定やＩｍｐｌｉｅｄ  Ｖｏｃ測定を行なって、結晶質領域と非晶質領域とを判別しても良い。
【００３３】
半導体基板１の他方の表面である受光面（裏面の反対側の表面）の全面にはテクスチャ構造が形成されている。また半導体基板１の受光面の全面上には、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第３のノンドープ膜２が設けられており、第３のノンドープ膜２上にはｎ型のアモルファスシリコンからなる第３の非晶質膜３が設けられている。さらに第３の非晶質膜３上には反射防止膜４が設けられている。
【００３４】
なお本明細書において「ｉ型」とは、ｎ型またはｐ型の不純物を意図的にドーピングしていないことを意味しており、たとえば光電変換素子の作製後にｎ型またはｐ型の不純物が不可避的に拡散することなどによってｎ型またはｐ型の導電型を示すこともあり得る。
【００３５】
また、本明細書において「アモルファスシリコン」には、水素化アモルファスシリコンなどのシリコン原子の未結合手（ダングリングボンド）が水素で終端されたものも含まれる。
【００３６】
以下、実施形態の光電変換素子を構成する各部について説明する。
（第２の非晶質膜、非晶質領域および結晶質領域）
ｐ型のアモルファスシリコンからなる第２の非晶質膜６は、非晶質領域６１と結晶質領域６２とを含む。ここで本明細書において、結晶質領域とは、非晶質領域に比べて結晶化が進んでいる（すなわち結晶性が高い）ことを示し、必ずしも完全な結晶質からなる領域を示すものではない。
【００３７】
第２の非晶質膜６はｐ型のアモルファスシリコンからなる膜に限定されず、たとえば従来公知のｐ型のアモルファス半導体膜などを用いても良い。第２の非晶質膜６の厚さは特に限定されないが、たとえば５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることができる。また第２の非晶質膜６に含まれるｐ型不純物としては、たとえばボロンを用いることができ、その濃度は、たとえば５×１０19個／ｃｍ3程度とすることができる。
【００３８】
結晶質領域６２の形状は特に制限されないが、たとえば略円形状とすることが好ましく、円形状である場合には、円の直径は３０μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。また結晶質領域６２は、第２の非晶質膜６の表面上に略等間隔で複数配置されていることが好ましい。結晶質領域６２を複数配置する場合、各結晶質領域６２同士の間隔（ピッチ）は、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また第２の非晶質膜６の表面上において、各結晶質領域６２の面積の総和は、セル面積に対して１％以上４０％以下であることが好ましい。結晶質領域６２の形状、配置、面積を上記のように調整することによって、より効率的に本発明の効果を得ることができる。
【００３９】
また結晶質領域６２は、第２の非晶質膜６の厚さ方向に拡張していても良い。この場合、第２の非晶質膜６の表面から第２のノンドープ膜５に至るまでの全てが結晶化していることが好ましいが、第２の非晶質膜６のうち第２のノンドープ膜５に近い領域の一部が非晶質のまま残っていても良く、一部が非晶質のまま残っていたとしても本発明の効果は示される。
【００４０】
上記のように、ＬＢＩＣ測定またはＥＢＩＣ測定において計測される出力電流の値が大きいことは、結晶質領域６２内において該領域に含まれるｐ型不純物（ドーパント）のうち、電気的に活性化したドーパントの濃度が高いことを示している。換言すれば結晶質領域６２内では、非晶質領域６１内に比べてホール濃度が高い。これにより本実施形態の光電変換素子は、高い変換効率を示すという優れた効果を発揮する。
【００４１】
なおＬＢＩＣ測定は、従来公知の走査可能な励起レーザーと、励起された電流を測定できる計測機能とを備えた装置を用いて行なうことができる。そのような装置としては、たとえばライフタイム測定装置（製品名「ＷＴ２０００」、Ｓｅｍｉｌａｂ社製）などを挙げることができる。この装置はμ−ＰＣＤ法によるキャリアライフタイムも測定することができるため好ましい。
【００４２】
上記のような特性を有する結晶質領域６２は、後述するように、非晶質領域６１に対して特定の条件のレーザーを照射する（すなわち、レーザーアブレーションを行なう）ことによって形成することができる。
【００４３】
また非晶質領域６１と結晶質領域６２とは、ラマン分光法によっても判別することができる。すなわちラマン分光スペクトルにおいて、結晶質領域６２は、非晶質領域６１と比較して、珪素（Ｓｉ）原子間の結合に由来するラマンシフト量である５２０ｃｍ-1付近の散乱強度が大きいという特徴を有する。ここでラマン分光スペクトルは、従来公知の顕微レーザーラマン分光装置を用いて計測可能であり、そのような装置としては、たとえばレーザーラマン分光光度計（製品名「ＮＲＳ−５０００／７０００  ｓｅｒｉｅｓ」、日本分光株式会社製）などを挙げることができる。また測定には、たとえば波長５３２ｎｍである緑色の励起レーザーを用いることができる。
【００４４】
ラマン分光スペクトルにおいて、上記のようなピークが観測されることは、結晶質領域６２は、非晶質シリコン固有のラマンシフト量である４８０ｃｍ-1付近にピークを持つ非晶質領域６１に比べて結晶性が高いことを示している。
【００４５】
このようにｐ型の非晶質膜内に局所的に結晶性が高くかつ不純物が活性化された領域が存在することによって、変換効率が顕著に向上する機序の詳細については現時点では不明であるが、本発明者らは、上記の構成によってｐ層内の導電率が向上すること、および、フェルミ準位もしくは状態密度分布が変化すること等が相乗的に作用し、太陽電池の特性向上に貢献しているものと考えている。
【００４６】
（半導体基板）
半導体基板１としてはｎ型単結晶シリコンからなる基板に限定されず、たとえば従来公知の半導体基板などを用いても良い。また半導体基板１の受光面のテクスチャ構造は、たとえば半導体基板１の受光面の全面をテクスチャエッチングすることなどにより形成することができる。また半導体基板１の厚さは、特に限定されないが、たとえば２０μｍ以上３００μｍ以下とすることができ、好ましくは６０μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。また半導体基板１の比抵抗も、特に限定されないが、たとえば０．１Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下とすることができる。
【００４７】
（ノンドープ膜）
第１のノンドープ膜７、第２のノンドープ膜５および第３のノンドープ膜２としては、ｉ型のアモルファスシリコンからなる膜に限定されず、たとえば従来公知のｉ型のアモルファス半導体膜などを用いても良い。各ノンドープ膜の厚さは、特に限定されないが、たとえば１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることができる。
【００４８】
（第１の非晶質膜および第３の非晶質膜）
第１の非晶質膜８および第３の非晶質膜３としては、ｎ型のアモルファスシリコンからなる膜に限定されず、たとえば従来公知のｎ型のアモルファス半導体膜などを用いても良い。第１の非晶質膜８および第３の非晶質膜３の厚さは、特に限定されないが、たとえば１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることができる。ここで第１の非晶質膜８および第３の非晶質膜３に含まれるｎ型不純物としては、たとえばリンを用いることができ、第１の非晶質膜８および第３の非晶質膜３のｎ型不純物濃度は、たとえば５×１０18個／ｃｍ3程度とすることができる。
【００４９】
（反射防止膜）
反射防止膜４としては、たとえば窒化シリコン膜などを用いることができ、反射防止膜４の膜厚は屈折率にもよるが、たとえば８０ｎｍ〜１２０ｎｍ程度とすることができる。
【００５０】
（第１の電極および第２の電極）
第１の電極９および第２の電極１０としては特に限定されず、たとえばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの導電性酸化膜と、アルミニウム、銀もしくはこれらの金属を含み、チタンまたはパラジウムを応力緩和層として含む金属積層膜とが積層されたものなどを用いることができる。
【００５１】
第１の電極９および第２の電極１０の厚さも特に限定されない。たとえば第１の電極９の厚さは、０．１μｍ以下とすることができ、第２の電極１０の厚さは、５μｍ以下とすることができる。
【００５２】
このような実施形態の光電変換素子は、以下のような製造方法によって製造される。換言すれば以下のような製造方法によって製造される光電変換素子は、上記のような特性を示す。したがって実施形態の光電変換素子は、安価に製造できるとともに高い変換効率を示すという優れた効果を有する。
【００５３】
＜光電変換素子の製造方法＞
以下、図３〜図１３の模式的な断面図を参照して、実施形態の光電変換素子の製造方法の一例について説明する。
【００５４】
まず図３に示すように、テクスチャ構造が形成された半導体基板１の受光面上に、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第３のノンドープ膜２と、ｎ型のアモルファスシリコンからなる第３の非晶質膜３とを、この順序で、たとえばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により積層する。
【００５５】
次に図４に示すように、第３の非晶質膜３の全面に反射防止膜４を、たとえばスパッタリング法またはプラズマＣＶＤ法により積層する。
【００５６】
次に図５に示すように、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第２のノンドープ膜５とｐ型のアモルファスシリコンからなる第２の非晶質膜６を、この順序で、たとえばプラズマＣＶＤ法により積層する。
【００５７】
次に図６に示すように、第２の非晶質膜６の上の一部に、耐酸性のレジスト膜１１を形成する。ここで、レジスト膜１１は、後述する酸性溶液を用いたエッチングを抑止することができるレジストであり、従来公知のものを特に限定なく用いることができる。
【００５８】
レジスト膜１１の設置方法は特に限定されないが、レジスト膜１１が耐酸性のレジストからなる場合には、たとえば、第２の非晶質膜６の裏面の全面にレジスト膜１１を塗布した後に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によるレジスト膜１１のパターンニングを行なうことによって、第２の非晶質膜６の一部の裏面上にレジスト膜１１を形成することができる。
【００５９】
次に図７に示すように、レジスト膜１１から露出している第２の非晶質膜６およびその下の第２のノンドープ膜５を除去する。ここで図７には第２のノンドープ膜５が除去されることにより半導体基板１の裏面が露出している状態を示しているが、第２のノンドープ膜５は、半導体基板１の裏面上に一部が残されていても良い（図示せず）、すなわち半導体基板１は、この操作の後に必ずしも完全に露出していなくても良い。
【００６０】
ここで第２の非晶質膜６および第２のノンドープ膜５の除去は、たとえば酸性溶液を用いたウェットエッチングにより行なうことが好ましい。酸性溶液は、ｐ型のアモルファスシリコンなどのｐ型の非晶質膜に対するエッチングレートが非常に高いことから、第２の非晶質膜６を効率的に除去することができる。このような酸性溶液としては、たとえばフッ酸と過酸化水素水との混合溶液、フッ酸とオゾン水との混合溶液またはマイクロバブルを含んだフッ酸などを用いることができる。
【００６１】
また上記のように、第２のノンドープ膜５の一部を残す場合には、酸性溶液として、フッ酸などを好適に用いることができる。
【００６２】
レジスト膜１１が耐アルカリ性レジストからなる場合には、第２の非晶質膜６および第２のノンドープ膜５の除去は、たとえばアルカリ性溶液を用いたウェットエッチングにより行なうことが好ましい。ここでアルカリ性溶液としては、ナトリウムもしくはカリウムの水酸化物、またはホウ酸化物の水溶液などを用いることができる。
【００６３】
次にアセトンなどを用いて、レジスト膜１１を除去して洗浄した後、図８に示すように半導体基板１の裏面側の全面にマスク層１３を形成する。ここでマスク層１３としては、たとえば、ＩＴＯやアルミニウムなどの金属酸化物や金属を採用することができる。その厚さは、たとえばＩＴＯなどの金属酸化物を用いる場合には５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができ、また、たとえばアルミニウムなどの金属を用いる場合には３００ｎｍ以上３μｍ以下とすることができる。
【００６４】
ここでマスク層１３は、たとえばスパッタリング法またはプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００６５】
次に図９に示すように、耐酸性のレジスト膜１２をマスク層１３の一部の上に形成する。ここで耐酸性のレジスト膜１２は、酸性溶液を用いたエッチングを抑止することができるレジストであり、従来公知のものを特に限定なく用いることができる。
【００６６】
次に図１０に示すように、レジスト膜１２から露出したマスク層１３の一部を除去する。マスク層１３を除去する方法は、酸性溶液を用いたウェットエッチングを用いることが好ましい。酸性溶液としては特に限定されず、たとえば上記で例示したフッ酸と過酸化水素水との混合溶液などを用いることができる。
【００６７】
次にアセトンなどを用いてレジスト膜１２を除去して洗浄した後、図１１に示すように、半導体基板１の裏面の全面上に、第１のノンドープ膜７と第１の非晶質膜８を、たとえばプラズマＣＶＤ法により積層する。
【００６８】
次に図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、マスク層１３の上に形成された第１の非晶質膜８および第１のノンドープ膜７に貫通孔１４を形成する。ここで貫通孔１４は、第１の非晶質膜８と第１のノンドープ膜７とを貫通して、第１のノンドープ膜７とマスク層１３との界面に達している。ここで貫通孔１４は、マスク層１３の内部にまで達していても良いが、マスク層１３を貫通していないことが好ましい。
【００６９】
貫通孔１４は略等間隔に複数配置されることが好ましく、その間隔（ピッチ）は５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また貫通孔１４の孔径は、３０μｍ以上５０μｍ以下とすることが好適である。さらに貫通孔の数は、たとえば貫通孔１４の断面積の総和がセル面積に対して１％以上４０％以下となるようにすることが好ましい。
【００７０】
貫通孔１４は、断面形状が略円形状であることが好ましい。孔径は貫通孔１４の全域に渡って一定でなくてもよく、たとえば第１の非晶質膜８の表面上における孔径と、第１のノンドープ膜７がマスク層１３と接する面における孔径とが異なっていても良い。
【００７１】
本実施形態の製造方法は上記のような貫通孔１４を設けることにより、剥離液の浸透が促進され、リフトオフ法における加工時間を短縮することができるという優れた効果が示す。
【００７２】
貫通孔１４を形成する方法としては、レーザー加工を採用することが好ましい。レーザー加工を採用することにより、貫通孔１４を形成するだけでなく、第２の非晶質膜６に対してレーザーアニールをも行なうことができる。ここで工程を簡略化する観点からは、貫通孔１４の形成と同時にレーザーアニールが行なわれることが好ましいが、貫通孔１４が形成された後に再度レーザーを照射することによってレーザーアニールが行なわれていても良い。第２の非晶質膜６に対してレーザーアニールが行なわれることにより、第２の非晶質膜６内のｐ型不純物を活性化させることができる。上記のように本実施形態の光電変換素子はｐ型不純物の活性化により高い変換効率を実現することができる。
【００７３】
上記のように、貫通孔１４を形成するとともに、第２の非晶質膜６内のｐ型不純物を活性化し得るレーザー条件としては、波長が６００ｎｍ以下であり、パルス幅が１ｎｓ以上１００ｎｓ以下である条件を採用することが好ましい。ここでパルス幅は１０ｎｓ以上１００ｎｓ以下であることがより好ましい。
【００７４】
６００ｎｍ以下のレーザー波長としては、たとえば５３０ｎｍ、３５０ｎｍ、２７０ｎｍの波長を採用することができる。上記のような条件とすることにより、第２の非晶質膜６に過度なダメージを与えることなく、ｐ型不純物を活性化することができる。波長が６００ｎｍを超える場合には、レーザー光が第２の非晶質膜６の深部にまで侵入する傾向があるため好ましくなく、パルス幅が１．０ｎｓ未満の場合には、加工時間が過度に長くなる傾向にあり好ましくない。またパルス幅が１００ｎｓを超える場合には、第２の非晶質膜６の受ける熱ダメージが過度に大きくなる傾向にあり好ましくない。
【００７５】
第２の非晶質膜６を構成するアモルファスシリコンは、結晶シリコンと比較して光の吸収係数が高く、レーザーアニールによりダメージを受けやすい。したがって、通常、アモルファスシリコンにレーザーアニールを行なった場合、ダメージ層の除去が必要となる。本実施形態の製造方法は、上記のようにマスク層１３を介して第２の非晶質膜６にレーザーアニールを行なう方法を採用したことにより、上記の条件によってダメージ層を発生させず、ｐ型不純物を活性化させることができる。
【００７６】
なお貫通孔１４は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、パターニングを行なうことにより形成しても良い。この場合にも上記と同様に、剥離液の浸透促進が図られる。
【００７７】
ここで剥離液としては、マスク層をエッチングできる溶液であればよく、従来公知のものを特に制限なく用いることができる。このような剥離液としては、たとえば上記で例示したフッ酸と過酸化水素水との混合溶液などを用いることができる。
【００７８】
次に図１３に示すように、マスク層１３を剥離液でエッチングした後、リフトオフ法によって、第２の非晶質膜６上の第１の非晶質膜８および第１のノンドープ膜７を除去して、第２の非晶質膜６を露出させる。本実施形態の製造方法では、剥離液の浸透が促進されているため、本工程における加工時間が従来よりも短縮されるとともに、リフトオフに伴うバリの発生がない。
【００７９】
次に図１に示すように、第１の非晶質膜８の上および第２の非晶質膜６の上に、ＩＴＯとアルミニウムとが、この順序で積層された第１の電極９および第２の電極１０を、たとえばスパッタリング法やＣＶＤ法により形成する。
【００８０】
以上のようにして、図１に示す構造を有する実施形態の光電変換素子を製造することができる。
【００８１】
実施形態の光電変換素子は、上記のように、リフトオフ法における加工時間が短縮されるとともに、リフトオフに伴うバリの発生がないため、安価に製造することができる。さらに、ｐ型の非晶質膜に対してレーザーアニールまたはレーザーアブレーションを行なう場合には、ｐ型不純物を活性化させることができるため、高い光電変換効率を示す。
【００８２】
以上に説明した本実施形態の光電変換素子の構成および効果をまとめると以下のとおりである。
【００８３】
本実施形態の光電変換素子は、第１導電型の半導体基板１と、半導体基板１の一方の表面上に設けられた第１導電型の第１の非晶質膜８と、該表面上に第１の非晶質膜８から独立して設けられた第２導電型の第２の非晶質膜６と、を備え、第２の非晶質膜６は、非晶質領域６１と結晶質領域６２とを含み、結晶質領域６２は、誘起電流測定における出力電流の値が非晶質領域６１よりも大きい領域であることを特徴とする。
【００８４】
上記の構成を有する本実施形態の光電変換素子は、非晶質膜内に局所的に結晶性が高くかつ不純物が活性化された領域を有することによって、変換効率が顕著に向上するという優れた効果を示す。
【００８５】
結晶質領域６２は、第２の非晶質膜６の表面上において、直径が０．１μｍ以上５０μｍ以下の略円形状の領域であることが好ましい。さらに結晶質領域６２は、第２の非晶質膜６の表面上において、略等間隔に複数配置されていることが好ましい。このように結晶質領域６２が形成されることにより、上記の効果をより一層高めることができる。
【００８６】
結晶質領域６２は、ラマン分光スペクトルにおける５２０ｃｍ-1付近の散乱強度が、非晶質領域６１よりも大きい領域であることが好ましい。
【００８７】
結晶質領域６２は、非晶質領域６１にレーザーアニールを行なうことにより形成されることが好ましい。レーザーアニールは、上記の結晶質領域６２の好ましい形状、大きさおよび配置を実現するために特に好適な方法である。
【００８８】
上記第１導電型はｎ型の導電型であり、上記第２導電型はｐ型の導電型であることが好ましい。ｐ型の非晶質膜が非晶質領域６１と結晶質領域６２とを含むことにより、本発明の効果がより顕著なものになる。
【００８９】
また本実施形態の光電変換素子の製造方法は、第１導電型の半導体基板１の一方の表面の全面上に第２導電型の第２の非晶質膜６を形成する工程と、第２の非晶質膜６の一部を除去することにより半導体基板１を露出させる工程と、第２の非晶質膜６上にマスク層１３を形成する工程と、半導体基板１の該露出面上およびマスク層１３上に第１導電型の第１の非晶質膜８を形成する工程と、マスク層１３上に形成された第１の非晶質膜８に貫通孔１４を形成する工程と、マスク層１３および第１の非晶質膜８の一部を除去することにより第２の非晶質膜６を露出させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００９０】
このような工程を含む本実施形態の製造方法は、貫通孔１４を設けることにより、剥離液の浸透が促進され、リフトオフ法における加工時間を短縮することができるとともに、リフトオフに伴うバリの発生を抑制するという優れた効果が示す。したがって、本実施形態の製造方法を用いることにより、高品質な光電変換素子を安価に製造することができる。
【００９１】
貫通孔１４を形成する工程は、複数の貫通孔を形成する工程であることが好ましく、貫通孔１４は、孔径が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。これにより剥離液の浸透を促進する効果をより一層高めることができる。
【００９２】
貫通孔１４を形成する工程は、レーザー加工により貫通孔を形成する工程であることが好ましい。レーザー加工は上記のような貫通孔の好適な態様を得るために、特に好適な方法である。
【００９３】
貫通孔１４を形成する工程は、波長が６００ｎｍ以下、パルス幅が１ｎｓ以上１００ｎｓ以下の条件でレーザー加工を行なう工程であることが好ましい。これにより第２の非晶質膜６への熱ダメージを抑制するとともに、生産性の観点から好適な加工時間を維持することができる。
【００９４】
貫通孔１４を形成する工程は、貫通孔を形成するとともに、レーザーのアニール効果によって第２の非晶質膜６の結晶化を伴う工程であることが好ましい。これによりマスク層１３を介して、第２の非晶質膜６にレーザー加工を行なうことができ、リフトオフ法における加工時間を短縮するとともに、上記に示す変換効率の高い光電変換素子を得ることができる。
【００９５】
貫通孔１４を形成する工程は、第１の非晶質膜８上にフォトレジストを塗布する工程を含み、該フォトレジストに対してフォトリソグラフィを行なうことより、貫通孔を形成する工程であっても良い。この場合にも、レーザー加工により貫通孔１４を形成する方法と同様に、リフトオフ法における加工時間が短縮されるとともに、バリの発生を抑制することができる。
【００９６】
第２の非晶質膜６を露出させる工程は、ウェットエッチングを行なうことによりマスク層１３を除去した後、リフトオフを行なうことにより第１の非晶質膜８を除去する工程であることが好ましい。これにより、リフトオフに伴うバリの発生を、より効果的に抑制することができる。
【００９７】
以下、本発明の別の局面として第１実施形態の光電変換素子を備える光電変換モジュール（第２実施形態）および太陽光発電システム（第３実施形態、第４実施形態）について説明する。
【００９８】
第１実施形態の光電変換素子は高い変換効率を有するため、これを備える光電変換モジュールおよび太陽光発電システムも高い変換効率を有することができる。
【００９９】
［第２実施形態］
第２実施形態は、第１実施形態の光電変換素子を備える光電変換モジュールである。
【０１００】
＜光電変換モジュール＞
図１４は、本実施形態に係る光電変換モジュールの構成の一例を示す概略図である。図１４を参照して光電変換モジュール１０００は、複数の光電変換素子１００１と、カバー１００２と、出力端子１０１３，１０１４とを備える。
【０１０１】
複数の光電変換素子１００１はアレイ状に配列され直列に接続されている。図１４には光電変換素子１００１を直列に接続する配列を図示しているが、配列および接続方式はこれに限定されず、並列に接続して配列してもよいし、直列と並列とを組み合わせた配列としてもよい。複数の光電変換素子１００１の各々には、第１実施形態の光電変換素子が用いられる。なお光電変換モジュール１０００に含まれる光電変換素子１００１の数は２以上の任意の整数とすることができる。
【０１０２】
カバー１００２は耐候性のカバーから構成されており、複数の光電変換素子１００１を覆う。
【０１０３】
出力端子１０１３は、直列に接続された複数の光電変換素子１００１の一方端に配置される光電変換素子１００１に接続される。
【０１０４】
出力端子１０１４は、直列に接続された複数の光電変換素子１００１の他方端に配置される光電変換素子１００１に接続される。
【０１０５】
［第３実施形態］
第３実施形態は、第１実施形態の光電変換素子を備える太陽光発電システムである。
【０１０６】
＜太陽光発電システム＞
図１５は、本実施形態に係る太陽光発電システムの構成の一例を示す概略図である。図１５を参照して、太陽光発電システム２０００は、光電変換モジュールアレイ２００１と、接続箱２００２と、パワーコンディショナ２００３と、分電盤２００４と、電力メータ２００５とを備える。後述するように光電変換モジュールアレイ２００１は複数の光電変換モジュール１０００（第２実施形態）から構成される。
【０１０７】
太陽光発電システム２０００には、一般に「ホーム・エネルギー・マネジメント・システム（ＨＥＭＳ：Home Energy Management System）」と呼ばれる機能を付加することができる。これにより部屋ごとの電力使用状況を監視しつつ個別の家単位で節電に貢献することもできる。
【０１０８】
接続箱２００２は光電変換モジュールアレイ２００１に接続される。パワーコンディショナ２００３は接続箱２００２に接続される。分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３および電気機器類２０１１に接続される。電力メータ２００５は分電盤２００４および系統連系に接続される。
【０１０９】
（動作）
太陽光発電システム２０００の動作を説明する。
【０１１０】
光電変換モジュールアレイ２００１は太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、直流電力を接続箱２００２へ供給する。
【０１１１】
接続箱２００２は光電変換モジュールアレイ２００１が発電した直流電力を受け、直流電力をパワーコンディショナ２００３へ供給する。
【０１１２】
パワーコンディショナ２００３は接続箱２００２から受けた直流電力を交流電力に変換して分電盤２００４へ供給する。あるいは接続箱２００２から受けた直流電力の一部を交流電力に変換せずに、直流電力のままで分電盤２００４へ供給してもよい。
【０１１３】
分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３から受けた交流電力および電力メータ２００５を介して受けた商用電力の少なくともいずれかを電気機器類２０１１へ供給する。また分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３から受けた交流電力が電気機器類２０１１の消費電力よりも多いとき、パワーコンディショナ２００３から受けた交流電力を電気機器類２０１１へ供給する。そして余った交流電力を電力メータ２００５を介して系統連系へ供給する。
【０１１４】
また分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３から受けた交流電力が電気機器類２０１１の消費電力よりも少ないとき、系統連系から受けた交流電力およびパワーコンディショナ２００３から受けた交流電力を電気機器類２０１１へ供給する。
【０１１５】
電力メータ２００５は、系統連系から分電盤２００４へ向かう方向の電力を計測するとともに、分電盤２００４から系統連系へ向かう方向の電力を計測する。
【０１１６】
（光電変換モジュールアレイ）
光電変換モジュールアレイ２００１について説明する。
【０１１７】
図１６は、図１５に示す光電変換モジュールアレイ２００１の構成の一例を示す概略図である。図１６を参照して、光電変換モジュールアレイ２００１は、複数の光電変換モジュール１０００と出力端子２０１３，２０１４とを含む。
【０１１８】
複数の光電変換モジュール１０００はアレイ状に配列され直列に接続されている。図１６には光電変換モジュール１０００を直列に接続する配列を図示しているが、配列および接続方式はこれに限定されず、並列に接続して配列してもよいし、直列と並列とを組み合わせた配列としてもよい。なお光電変換モジュールアレイ２００１に含まれる光電変換モジュール１０００の数は２以上の任意の整数とすることができる。
【０１１９】
出力端子２０１３は、直列に接続された複数の光電変換モジュール１０００の一方端に位置する光電変換モジュール１０００に接続される。
【０１２０】
出力端子２０１４は、直列に接続された複数の光電変換モジュール１０００の他方端に位置する光電変換モジュール１０００に接続される。
【０１２１】
なお以上の説明はあくまでも一例であり、本実施形態の太陽光発電システムは、第１実施形態の光電変換素子を備える限り、上記の説明に限定されず如何なる構成もとり得るものとする。
【０１２２】
［第４実施形態］
第４実施形態は、第３実施形態として説明した太陽光発電システムよりも大規模な太陽光発電システムである。第４実施形態に係る太陽光発電システムも、第１実施形態の光電変換素子を備えるものである。
【０１２３】
＜大規模太陽光発電システム＞
図１７は、本実施形態に係る太陽光発電システムの構成の他の一例を示す概略図である。図１７を参照して、太陽光発電システム４０００は、複数のサブシステム４００１と、複数のパワーコンディショナ４００３と、変圧器４００４とを備える。太陽光発電システム４０００は、図１５に示す太陽光発電システム２０００よりも大規模な太陽光発電システムである。
【０１２４】
複数のパワーコンディショナ４００３は、それぞれサブシステム４００１に接続される。太陽光発電システム４０００において、パワーコンディショナ４００３およびそれに接続されるサブシステム４００１の数は２以上の任意の整数とすることができる。
【０１２５】
変圧器４００４は、複数のパワーコンディショナ４００３および系統連系に接続される。
【０１２６】
複数のサブシステム４００１の各々は、複数のモジュールシステム３０００から構成される。サブシステム４００１内のモジュールシステム３０００の数は２以上の任意の整数とすることができる。
【０１２７】
複数のモジュールシステム３０００の各々は、複数の光電変換モジュールアレイ２００１と、複数の接続箱３００２と、集電箱３００４とを含む。モジュールシステム３０００内の接続箱３００２およびそれに接続される光電変換モジュールアレイ２００１の数は２以上の任意の整数とすることができる。
【０１２８】
集電箱３００４は複数の接続箱３００２に接続される。またパワーコンディショナ４００３はサブシステム４００１内の複数の集電箱３００４に接続される。
【０１２９】
（動作）
太陽光発電システム４０００の動作を説明する。
【０１３０】
モジュールシステム３０００の複数の光電変換モジュールアレイ２００１は、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、直流電力を接続箱３００２を介して集電箱３００４へ供給する。サブシステム４００１内の複数の集電箱３００４は、直流電力をパワーコンディショナ４００３へ供給する。さらに複数のパワーコンディショナ４００３は、直流電力を交流電力に変換して、交流電力を変圧器４００４へ供給する。
【０１３１】
変圧器４００４は複数のパワーコンディショナ４００３から受けた交流電力の電圧レベルを変換して系統連系へ供給する。
【０１３２】
なお太陽光発電システム４０００は第１実施形態の光電変換素子を備えるものであればよく、太陽光発電システム４０００に含まれる全ての光電変換素子が第１実施形態の光電変換素子でなくても構わない。たとえば、あるサブシステム４００１に含まれる光電変換素子の全てが第１実施形態の光電変換素子であり、別のサブシステム４００１に含まれる光電変換素子の一部もしくは全部が、第１実施形態の光電変換素子でない場合もあり得るものとする。
【０１３３】
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述した各実施形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【０１３４】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に利用することができ、特にヘテロ接合型バックコンタクトセルおよびヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１  半導体基板、２  第３のノンドープ膜、３  第３の非晶質膜、４  反射防止膜、５
第２のノンドープ膜、６  第２の非晶質膜、６１  非晶質領域、６２  結晶質領域、７
第１のノンドープ膜、８  第１の非晶質膜、９  第２の電極、１０  第１の電極、１１，１２  レジスト膜、１３  マスク層、１４  貫通孔、１０００  光電変換素モジュール、１００１  光電変換素子、１００２  カバー、１０１３，１０１４，２０１３，２０１４  出力端子、２０００  太陽光発電システム、２００１  光電変換モジュールアレイ、２００２，３００２  接続箱、２００３  パワーコンディショナ、２００４  分電盤、２００５  電力メータ、２０１１  電気機器類、３０００  モジュールシステム、３００４  集電箱、４０００  太陽光発電システム、４００１  サブシステム、４００３  パワーコンディショナ、４００４  変圧器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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