(57)【要約】  製造効率を向上させる光電変換素子の製造方法が提供される。本発明は、第１主面と第１主面の裏面である第２主面とを備える光電変換ユニットを含む光電変換素子の製造方法であって、前記光電変換ユニットは第１主面側から順に、少なくとも、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層を備え、前記光電変換素子はさらに、前記光電変換ユニットの第１主面側に第一導電層を備え、前記光電変換ユニットの第２主面側に第二導電層を備え、第一導電層上にめっき層を形成するめっき層形成工程を備え、前記めっき層形成工程において、めっき給電用電極と前記第二導電層とを面状に接触させた状態で、かつ、めっき給電用電極および第二導電層をめっき液と接触させない状態で、めっきを行う、光電変換素子の製造方法である。
2019130859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面と第１主面の裏面である第２主面とを備える光電変換ユニットを含む光電変換素子の製造方法であって、
前記光電変換ユニットは第１主面側から第２主面側に向かって順に、少なくとも、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を備え、
前記光電変換素子はさらに、前記光電変換ユニットの第１主面側に第一導電層を備え、前記光電変換ユニットの第２主面側に第二導電層を備え、
前記第一導電層上にめっき層を形成するめっき層形成工程を備え、
前記めっき層形成工程において、めっき給電用電極と前記第二導電層とを面状に接触させた状態で、かつ、めっき給電用電極および第二導電層をめっき液と接触させない状態で、めっきを行う、光電変換素子の製造方法。
【請求項２】
前記めっき層形成工程において、前記第二導電層の面積以上の面積を有するめっき給電用電極を前記第二導電層に面状に接触させた状態でめっきを行う、請求項１に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項３】
前記第一導電層が第一透明電極層である、請求項１又は２に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記光電変換素子は、さらに前記光電変換ユニットの第１主面側に第一透明電極層を備え、前記第一導電層が第一透明電極層の上に設けられている、請求項１又は２に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項５】
前記第一導電層がＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、またはこれらの合金からなる下地電極層である、請求項１、２又は４に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項６】
前記第一導電層が細線電極である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項７】
前記第一導電層は、少なくとも一部が絶縁層で覆われている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項８】
前記第二導電層が第二透明電極層である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項９】
前記光電変換素子は、さらに前記光電変換ユニットの第２主面側に第二透明電極層を備え、前記第二導電層が第二透明電極層の上に設けられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第二導電層が細線電極である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項１１】
さらに、第一導電層を、第１主面側から平面視した場合に外観上孤立するＮ個（ただし、２≦Ｎ）以上の細線電極領域として形成する工程を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項１２】
さらに、第一導電層を、第１主面側から平面視した場合に外観上孤立するＮ個（ただし、２≦Ｎ）以上の細線電極領域として形成する工程を備え、
さらに、第１主面側から平面視した場合に外観上孤立するＮ個以上の細線電極領域付きの光電変換素子を、めっき層が形成されていない部位において分割し、Ｎ個の光電変換素子を形成する工程を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法に用いられる、めっき用治具であって、
前記めっき層形成工程において、めっき給電用電極とめっき液とを接触させない状態で、かつ、めっき給電用電極と前記第二導電層とを面状に接触させた状態で、めっきを行うことが可能な、少なくとも、フレーム、パッキン、留め具、を備えるめっき用治具。
【請求項１４】
請求項１３に記載のめっき用治具を備えるめっき装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子の製造方法及びめっき用治具、めっき装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、以下の工程を含む太陽電池の製造方法が開示されている。まず、光電変換ユニットを形成した後に、光電変換ユニットの表面及び側面に第一透明電極層を形成する。その後、光電変換ユニットの裏面及び側面に第二透明電極層を形成する。その後、第二透明電極層上に金属層を形成する。その後、第一透明電極層上に下地電極層を形成する。その後、下地電極層、金属層をめっき液に浸し、金属層側から給電することにより、光電変換層の側面において金属層に電気的に接続された下地電極層と金属層とを同時にめっきする。その後、光電変換層の側面に形成された第一透明電極層、第二透明電極層、金属層、下地電極層を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−８２６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の太陽電池の製造方法では、めっきにおける給電を、めっき層側である下地電極層に点で接するように行うため、下地電極層の電気抵抗がある程度高くなると、めっきの給電部からの距離に応じて電位差が大きくなり、めっき電極の形成のされ方が不均一となる。このため、めっき時に印加する電流を段階的に増加させるという方法を用いることが一般的である。この場合、初期の低電流段階において、下地電極層における電位差が小さい状態でめっきを施すことにより、下地電極層全体に比較的均一に薄くめっき電極を形成することができる。これにより、下地電極の電気抵抗が全体的に低くなるため、次の段階で高電流を流しても電位差が大きくならず、めっきを均一に施すことができる。しかしながら、このように段階的にめっき速度を高める方法では製造効率が低くなるという課題がある。更には、下地電極層が透明電極層のみからなるような極端に電気抵抗の高い場合においては、均一なめっきを形成することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討した結果、所定のめっき方法を用いることにより、光電変換素子の製造効率が向上し、更に集電極が低コストで形成可能であることを見出し、本発明に至った。【０００６】
したがって、本発明は、光電変換素子の製造効率が向上し、更に集電極が低コストで形成可能である、光電変換素子の製造方法を提供することを課題とする。【０００７】
すなわち、本発明は、以下に関する。【０００８】
（１）本発明の第一は、第１主面と第１主面の裏面である第２主面とを備える光電変換ユニットを含む光電変換素子の製造方法であって、
前記光電変換ユニットは第１主面側から第２主面側に向かって順に、少なくとも、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を備え、
前記光電変換素子はさらに、前記光電変換ユニットの第１主面側に第一導電層を備え、前記光電変換ユニットの第２主面側に第二導電層を備え、
前記第一導電層上にめっき層を形成するめっき層形成工程を備え、
前記めっき層形成工程において、めっき給電用電極と前記第二導電層とを面状に接触させた状態で、かつ、めっき給電用電極および第二導電層をめっき液と接触させない状態で、めっきを行う、光電変換素子の製造方法である。【０００９】
この構成によって、第一導電層上に、均一にめっき層を形成することが可能となり、更には、めっき速度を高めて作製することが可能となることにより製造効率を高くすることが可能となる。【００１０】
（２）本発明は、また、前記めっき層形成工程において、前記第二導電層の面積以上の面積を有するめっき給電用電極を前記第二導電層に面状に接触させた状態でめっきを行う、前記（１）に記載の光電変換素子の製造方法である。この構成によって、めっき層の均一性を高めることが可能となる。【００１１】
（３）本発明は、また、前記第一導電層が第一透明電極層である、前記（１）又は（２）に記載の光電変換素子の製造方法である。この構成によって、下地電極層を省くことができ製造コストを低減することが可能となる。【００１２】
（４）本発明は、また、前記光電変換素子は、さらに前記光電変換ユニットの第１主面側に第一透明電極層を備え、前記第一導電層が第一透明電極層の上に設けられている、前記（１）又は（２）に記載の光電変換素子の製造方法である。【００１３】
（５）本発明は、また、前記第一導電層がＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、またはこれらの合金からなる下地電極層である、前記（１）、（２）又は（４）に記載の光電変換素子の製造方法である。この構成によって、めっき層のパターニングを容易に実施することが可能となる。【００１４】
（６）本発明は、また、前記第一導電層が細線電極である、、前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。この構成によって、めっき層のパターニングを容易に実施することが可能となる。【００１５】
（７）本発明は、また、前記第一導電層は、少なくとも一部が絶縁層で覆われている、前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。この構成によって、めっき層のパターニングを容易に実施することが可能となる。【００１６】
（８）本発明は、また、前記第二導電層が第二透明電極層である、前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。この構成によって、めっき給電における均一性が向上し、めっき層の均一性を高めることが可能となる。【００１７】
（９）本発明は、また、前記光電変換素子は、さらに前記光電変換ユニットの第２主面側に第二透明電極層を備え、前記第二導電層が第二透明電極層の上に設けられている、前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。【００１８】
（１０）本発明は、また、前記第二導電層が細線電極である、前記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。この構成によって、めっき給電における均一性が向上し、めっき層の均一性を高めることが可能となる。【００１９】
（１１）さらに、第一導電層を、第１主面側から平面視した場合に外観上孤立するＮ個（ただし、２≦Ｎ）以上の細線電極領域として形成する工程を備える、前記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。この構成によって、半導体基板上に複数の光電変換素子を有する場合においても効率的にめっき層を形成することが可能となる。【００２０】
（１２）さらに、第一導電層を、第１主面側から平面視した場合に外観上孤立するＮ個（ただし、２≦Ｎ）以上の細線電極領域として形成する工程を備え、
さらに、第１主面側から平面視した場合に外観上孤立するＮ個以上の細線電極領域付きの光電変換素子を、めっき層が形成されていない部位において分割し、Ｎ個の光電変換素子を形成する工程を備える、前記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。この構成によって、複数の光電変換素子を効率的に作製することが可能となる。【００２１】
（１３）本発明は、また、前記（１）〜（１２）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法に用いられる、めっき用治具であって、
前記めっき層形成工程において、めっき給電用電極とめっき液とを接触させない状態で、かつ、めっき給電用電極と前記第二導電層とを面状に接触させた状態で、めっきを行うことが可能な、少なくとも、フレーム、パッキン、留め具、を備えるめっき用治具である。  この構成によって、効率的にめっきを実施することが可能となる。【００２２】
（１４）本発明は、また、前記（１３）に記載のめっき用治具を備えるめっき装置である。この構成によって、効率的にめっきを実施することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、めっき層の均一性を向上させ、更には、めっき速度の高速化による製造効率向上を可能とする光電変換素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光電変換素子の表面側を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光電変換素子の断面模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る未完成な光電変換素子の断面模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光電変換素子において、裏面構造が異なる場合の断面模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光電変換素子の断面模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る未完成な光電変換素子の断面模式図である
【図７】本発明の第３の実施形態に係る光電変換素子の表面側を示す平面図である。
【図８】本発明の実施形態に係るめっき用治具を示す断面模式図である。
【図９】本発明の実施形態に係るめっき装置を示す断面模式図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るめっき装置を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（１）本発明の第一は、第１主面と第１主面の裏面である第２主面とを備える光電変換ユニットを含む光電変換素子の製造方法であって、
前記光電変換ユニットは第１主面側から第２主面側に向かって順に、少なくとも、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を備え、
前記光電変換素子はさらに、前記光電変換ユニットの第１主面側に第一導電層を備え、前記光電変換ユニットの第２主面側に第二導電層を備え、
前記第一導電層上にめっき層を形成するめっき層形成工程を備え、
前記めっき層形成工程において、めっき給電用電極と前記第二導電層とを面状に接触させた状態で、かつ、めっき給電用電極および第二導電層をめっき液と接触させない状態で、めっきを行う、光電変換素子の製造方法である。
【００２６】
（２）本発明は、また、前記めっき層形成工程において、前記第二導電層の面積以上の面積を有するめっき給電用電極を前記第二導電層に面状に接触させた状態でめっきを行う、前記（１）に記載の光電変換素子の製造方法である。
【００２７】
（３）本発明は、また、前記第一導電層が第一透明電極層である、前記（１）又は（２）に記載の光電変換素子の製造方法である。
【００２８】
（４）本発明は、また、前記光電変換素子は、さらに前記光電変換ユニットの第１主面側に第一透明電極層を備え、前記第一導電層が第一透明電極層の上に設けられている、前記（１）又は（２）に記載の光電変換素子の製造方法である。
【００２９】
（５）本発明は、また、前記第一導電層がＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、またはこれらの合金からなる下地電極層である、前記（１）、（２）又は（４）に記載の光電変換素子の製造方法である。
【００３０】
（６）本発明は、また、前記第一導電層が細線電極である、前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。
【００３１】
（７）本発明は、また、前記第一導電層は、少なくとも一部が絶縁層で覆われている、前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。
【００３２】
（８）本発明は、また、前記第二導電層が第二透明電極層である、前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。
【００３３】
（９）本発明は、また、前記光電変換素子は、さらに前記光電変換ユニットの第２主面側に第二透明電極層を備え、前記第二導電層が第二透明電極層の上に設けられている、前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。
【００３４】
（１０）本発明は、また、前記第二導電層が細線電極である、前記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。
【００３５】
（１１）さらに、第一導電層を、第１主面側から平面視した場合に外観上孤立するＮ個（ただし、２≦Ｎ）以上の細線電極領域として形成する工程を備える、前記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。
【００３６】
（１２）さらに、第一導電層を、第１主面側から平面視した場合に外観上孤立するＮ個（ただし、２≦Ｎ）以上の細線電極領域として形成する工程を備え、
さらに、第１主面側から平面視した場合に外観上孤立するＮ個以上の細線電極領域付きの光電変換素子を、めっき層が形成されていない部位において分割し、Ｎ個の光電変換素子を形成する工程を備える、前記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法である。
【００３７】
（１３）本発明は、また、前記（１）〜（１２）のいずれか１項に記載の光電変換素子の製造方法に用いられる、めっき用治具であって、
前記めっき層形成工程において、めっき給電用電極とめっき液とを接触させない状態で、かつ、めっき給電用電極と前記第二導電層とを面状に接触させた状態で、めっきを行うことが可能な、少なくとも、フレーム、パッキン、留め具、を備えるめっき用治具である。
【００３８】
（１４）本発明は、また、前記（１３）に記載のめっき用治具を備えるめっき装置である。
【００３９】
（第１の実施形態）
本開示の第１の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
【００４０】
［光電変換素子１００］
図１は、本発明の製造方法により形成する光電変換素子１００の表面側（受光面側）を示す平面図である。図２は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面を示す断面図である。
【００４１】
図１に示すように、光電変換素子１００は、複数のバスバー電極と、このバスバー電極と交差するように設けられた多数のフィンガー電極からなる集電極１０７を有している。
なお、バスバー電極およびフィンガー電極のデザインは前述のものに限定されず、どのようなものであってもよい。また、バスバー電極は有していなくてもよく、フィンガー電極のみ形成されていてもよい。本開示において、半導体基板、光電変換ユニット及び／又は光電変換素子１００の表面を第１主面と定義し、裏面を第２主面と定義する。
【００４２】
図２に示すように、本実施形態における光電変換素子１００は半導体基板１０１を有する。半導体基板１０１は、その第１の主面側にｐ型半導体層（導電型シリコン系薄膜）１０３ａを有する。半導体基板１０１は、その第２の主面側にｎ型半導体層（導電型シリコン系薄膜）１０３ｂを有する。図２においては、第２の主面側を下側に表示し、第１の主面側を上側に表示している。
【００４３】
この、ｐ型半導体層１０３ａとｎ型半導体層１０３ｂとの間において、ＰＮ接合が形成されている。
【００４４】
なお、図２に示す例においては、半導体基板１０１とｐ型半導体層１０３ａ、ｎ型半導体層１０３ｂとの間に境界線を記載しているが、半導体基板１０１自体がｎ型半導体、若しくはｐ型半導体であり、半導体基板１０１とｐ型半導体層１０３ａとの間、若しくは半導体基板１０１とｎ型半導体層１０３ｂとの間に境界がない構成であってもよい。
【００４５】
ｐ型半導体層１０３ａにおける第１の主面側には、集電極１０７の形成領域に、第一導電層１０７−１が設けられている。本実施形態においては、第一導電層１０７−１として、図１に示したバスバー電極とフィンガー電極からなる細線電極形状の下地電極層を用いている。更に、第一導電層１０７−１における第１の主面側には、めっき層１０７−２が設けられている。このめっき層１０７−２、及び第一導電層１０７−１が、図１に示す表面側のバスバー電極とフィンガー電極からなる集電極を構成している。
【００４６】
本実施形態においては、半導体基板１０１がｎ型半導体基板である構成としている。また、第一導電層１０７−１とｐ型半導体層１０３ａとの間には、第一透明電極層１０６ａを含む。ｎ型半導体層１０３ｂの裏面側には、第二透明電極層１０６ｂと、第二導電層１０８として裏面金属電極とを更に含む構成としている。
【００４７】
なお、半導体基板１０１とｐ型半導体層１０３ａとの間に真性半導体層１０２ａを介在させる構成としてもよく、半導体基板１０１とｎ型半導体層１０３ｂとの間に真性半導体層１０２ｂを介在させる構成としてもよい。半導体基板１０１とｐ型半導体層１０３ａとの間、若しくは、半導体基板１０１とｎ型半導体層１０３ｂとの間に真性半導体１０２を介在させる場合、ｐ型半導体層１０３ａとｎ型半導体層１０３ｂとの間において、ＰＩＮ接合が形成される構成となる。本開示においては、上述したＰＮ接合の中にこのＰＩＮ接合も含まれることとする。また、本実施形態において、ｐ型半導体層１０３ａ、真性半導体層１０２ａ、半導体基板１０１、真性半導体層１０２ｂ及びｎ型半導体層１０３ｂが光電変換ユニット１５０を構成する。
【００４８】
［光電変換素子１００の製造方法］
以下、本実施形態に係る光電変換素子１００の製造方法について、図２を用いて説明する。
【００４９】
［半導体基板１０１準備ステップ］
まず図２に示した半導体基板１０１を準備する。半導体基板１０１としては、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などのシリコン基板を用いることができる。結晶基板内のキャリア寿命の長さから単結晶シリコン基板が好ましい。シリコン基板としては、ｎ型シリコン基板とｐ型シリコン基板を用いることが出来る。とりわけ結晶基板内のキャリア寿命の長さから、ｎ型単結晶シリコン基板を用いることが好ましい。また、ｐ型単結晶シリコン基板で、光照射によってｐ型ドーパントであるＢ（ホウ素）が影響して再結合中心となるＬＩＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）が起こる場合があるが、ｎ型ではより抑制される。本実施形態においては、半導体基板１０１としてｎ型単結晶シリコン基板を用いる。
【００５０】
半導体基板１０１に用いる単結晶シリコン基板は、その膜厚が５０〜３００μｍが好ましく、６０〜２００μｍがより好ましく、７０〜１８０μｍが更に好ましい。この範囲の膜厚の基板を用いることにより、より材料コストを低減することができる。
【００５１】
半導体基板１０１は、光閉じ込めの観点から、光入射面側（受光面側、表面側）及び裏面側にテクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造を有することが好ましい。
【００５２】
また、半導体基板１０１の第１の主面および第２の主面側は、パッシベーション層を有するものが好ましい。パッシベーション層はキャリア再結合を抑制することができ、表面欠陥を終端できれば種類を問わないが、真性半導体層、とりわけ、真性非晶質シリコン層が好ましく用いられる。
【００５３】
［ｐ型半導体部１０３ａ形成ステップ］
次に、半導体基板１０１の第１の主面側、即ち表面側に、ｐ型半導体層１０３ａを形成する。ｐ型半導体層１０３ａを形成する上で用いる材料としては、非晶質シリコン薄膜、微結晶シリコン（非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む）薄膜等、非晶質成分を含む非晶質シリコン層を含むことが望ましい。また、ドーパント不純物としては、Ｂ（ホウ素）などを用いることができる。
【００５４】
ｐ型半導体層１０３ａの製膜方法は特に限定されないが、例えばＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を使用することができる。ＣＶＤ法を用いる場合、ＳｉＨ４ガスを用い、ドーパント添加ガスとしては、水素希釈されたＢ２Ｈ６が好ましく用いられる。なお、ドーパント不純物の添加量は微量でよいため、予めＳｉＨ４やＨ２で希釈された混合ガスを用いることが好ましい。ｐ型半導体層１０３ａの製膜時に、ＣＨ４、ＣＯ２、ＮＨ３、ＧｅＨ４等の異種元素を含むガスを添加して、シリコン系薄膜を合金化することにより、シリコン系薄膜のエネルギーギャップを変更することもできる。また、光の透過性を向上させるために酸素や炭素といった不純物を微量添加しても良い。その場合、ＣＯ２やＣＨ４といったガスをＣＶＤ製膜の際に導入することにより形成することができる。
【００５５】
なお、半導体基板１０１として、ｐ型多結晶シリコン基板を用いた場合、既に半導体基板１０１の第１の主面側はｐ型半導体層１０３ａとなっており、ｐ型半導体層１０３ａが半導体基板１０１内に含まれる構成となる。この場合、ｐ型半導体層１０３ａ形成ステップは不要となる。
【００５６】
［ｎ型半導体層１０３ｂ形成ステップ］
また、半導体基板１０１の第２の主面側、即ち裏面側に、ｎ型半導体層１０３ｂを形成する。なお、このｎ型半導体層１０３ｂ形成ステップは、上述したｐ型半導体層１０３ａ形成ステップの前に行ってもよく、ｐ型半導体層１０３ａ形成ステップの後に行ってもよい。
【００５７】
ｎ型半導体層１０３ｂを形成する上で用いる材料としては、非晶質シリコン薄膜、微結晶シリコン薄膜等、非晶質成分を含む非晶質シリコン層を含むことが望ましい。また、ドーパント不純物としては、Ｐ（リン）などを用いることができる。
【００５８】
ｎ型半導体層１０３ｂの製膜方法は特に限定されないが、例えばＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を使用することができる。ＣＶＤ法を用いる場合、ＳｉＨ４ガスを用い、ドーパント添加ガスとしては、水素希釈されたＰＨ３が好ましく用いられる。なお、ドーパント不純物の添加量は微量でよいため、予めＳｉＨ４やＨ２で希釈された混合ガスを用いることが好ましい。ｎ型半導体層１０３ｂの製膜時に、ＣＨ４、ＣＯ２、ＮＨ３、ＧｅＨ４等の異種元素を含むガスを添加して、シリコン系薄膜を合金化することにより、シリコン系薄膜のエネルギーギャップを変更することもできる。また、光の透過性を向上させるために酸素や炭素といった不純物を微量添加しても良い。その場合、ＣＯ２やＣＨ４といったガスをＣＶＤ製膜の際に導入することにより形成することができる。
【００５９】
なお、半導体基板１０１として、ｐ型多結晶シリコン基板を用いた場合、半導体基板１０１の第２の主面側にｎ型ドーパントを拡散させてｎ型化させることにより、ｎ型半導体層１０３ｂを形成してもよい。
【００６０】
［第一透明電極層１０６ａ、第二透明電極層１０６ｂ形成ステップ］
次に、スパッタ法や、ＭＯＣＶＤ法等によって、ｐ型半導体層１０３ａの第１の主面側に第一透明電極層１０６ａを形成し、ｎ型半導体層１０３ｂの第２の主面側に第二透明電極層１０６ｂを形成する。第一透明電極層１０６ａ形成ステップは、ｐ型半導体層１０３ａ形成ステップより後であればよく、ｎ型半導体層１０３ｂ形成ステップより前であってもよい。また、第二透明電極層１０６ｂ形成ステップは、ｎ型半導体層１０３ｂ形成ステップより後であればよく、ｐ型半導体層１０３ａ形成ステップより前であってもよい。
【００６１】
第一透明電極層１０６ａ、第二透明電極層１０６ｂの構成材料としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン、及びそれらの複合酸化物等の透明導電性金属酸化物を用いることができる。また、グラフェンのような非金属からなる透明導電性材料であってもよい。上述した構成材料の中でも、高い導電率と透明性の観点からは、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物を第一透明電極層１０６ａ、第二透明電極層１０６ｂとして用いることが好ましい。また、信頼性やより高い導電率を確保する為に、インジウム酸化物にドーパントを添加して用いることが更に好ましい。ドーパントとして用いる不純物としては、Ｓｎ，Ｗ，Ｃｅ，Ｚｎ，Ａｓ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｓ，Ｔｉ等が挙げられる。
【００６２】
［第二導電層形成ステップ］
更に、第二導電層１０８を第二透明電極層１０６ｂ上に形成する。第二導電層１０８は図２に示されているような裏面金属電極でもよく、第二導電層１０８の形成方法としては、例えば、スパッタ法や蒸着法、めっき法などが挙げられるが、中でも裏面側のほぼ全面に容易に形成出来る観点から、スパッタ法により形成することが好ましい。裏面金属電極をスパッタ法により製膜する場合、精度よく被覆することができるため好ましい。特にヘテロ接合太陽電池などの結晶シリコン系太陽電池において一般的に用いられる凹凸構造付き基板を用いた場合、該凹凸部分にも精度よく被覆できるため、より好ましい。このような裏面金属電極の材料としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕなどが好ましい。
【００６３】
また、第二導電層は、第二透明電極層１０６ｂ（図２の１０６ｂ、図４の２０６ｂ）をそのまま第二導電層として使用してもよいし、図４の２０８の様に細線電極からなる集電極であってもよい。図２を参照して、第二導電層として第二透明電極層１０６ｂを用いる場合は、第二透明電極層１０６ｂが、光電変換素子１００の第２主面における略全面においてめっき給電用電極と接するため、めっき時において印過電圧の面内均一性が高くなる。また図４を参照して、第二導電層２０８として細線電極からなる集電極を用いた場合においても、半導体基板１０１や第一透明電極層２０６ａ（１０６ａ）および第二透明電極層２０６ｂ（１０６ｂ）により、細線電極のフィンガー電極間のキャリア移動距離程度であれば十分低抵抗を確保することができ、めっき時における印過電圧の面内均一性の高さを確保することができる。また、細線電極が第一導電層２０７−１と第二導電層２０８においてミラー対称を有しているか、第二導電層２０８のフィンガー電極の本数が第一導電層２０７−１のフィンガー電極よりも多い場合等においては、めっき時の電流は、主に集電極間を垂直に移動すると考えられるため、より面内均一性が高くなる。なお、図４において、光電変換素子２００、半導体基板２０１、真性シリコン系薄膜２０２ａ及び２０２ｂ、導電型シリコン系薄膜２０３ａ及び２０３ｂ、集電極２０７、めっき層２０７−２が図示されている。
【００６４】
細線電極からなる第二導電層２０８を形成する細線電極の材料としては、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、またはこれらの合金等が使用できるが、電解めっき法における下地層として機能し得る程度の導電率を有していれば、特に限定されない。細線電極からなる第二導電層２０８の形成方法としては、例えば、インクジェット法、スクリーン印刷法、導線接着法、スプレー法、真空蒸着法、スパッタ法、電解めっき法、無電解めっき法などを用いることができる。コスト、および、量産性の観点からは上述の第一導電層の材料を含むペーストをスクリーン印刷法で印刷することが好ましい。
【００６５】
［第一導電層１０７−１形成ステップ］
図２を参照して、次に、第一透明電極層１０６ａの第１の主面側における集電極の形成領域に第一導電層１０７−１を形成する。すなわち、第一透明電極層１０６ａの上に第一導電層１０７−１を形成する。第一導電層１０７−１は、後述するめっき層１０７−２形成工程において、導電性の下地層として機能する層であり、めっき層１０７−２を析出させる電極となる層である。
【００６６】
第一導電層１０７−１形成ステップは、ｐ型半導体層１０３ａ形成ステップの後に行い、第一透明電極層１０６ａを設ける場合は第一透明電極層１０６ａ形成ステップの後に行う。第一導電層１０７−１形成ステップは、ｎ型半導体層１０２ｂ形成ステップよりも前に行ってもよい。
【００６７】
第一導電層１０７−１を形成する下地電極層の材料としては、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、またはこれらの合金等が使用できるが、電解めっき法における下地層として機能し得る程度の導電率を有していれば、特に限定されない。なお、本実施形態においては、第一導電層１０７−１は、第一透明電極層１０６ａよりも高い導電率を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００６８】
第一導電層１０７−１の形成方法としては、例えば、インクジェット法、スクリーン印刷法、導線接着法、スプレー法、真空蒸着法、スパッタ法、電解めっき法、無電解めっき法などを用いることができる。コスト、および、量産性の観点からは上述の第一導電層の材料を含むペーストをスクリーン印刷法で印刷することが好ましい。
【００６９】
ここで、第一導電層１０７−１が形成された未完成な光電変換素子は、その主面の垂線方向についてダイオードとなっており、第一導電層１０７−１から第二導電層１０８への方向がダイオードの順方向である。
【００７０】
［絶縁層１０９形成ステップ］
次に、図３に示されているように第一透明電極層１０６ａの第１の主面側に絶縁層１０９を形成し未完成な光電変換素子１００Ａを形成する。絶縁層１０９形成ステップは、第一導電層１０７−１形成ステップの前後のどちらに行ってもよく、ｎ型半導体層１０３ｂ形成ステップの前に行ってもよい。
【００７１】
絶縁層１０９はフォトレジスト材料など、所定の条件を満たすことで除去可能な層により形成しても構わない。絶縁層１０９をフォトレジスト材料で形成した場合、光の照射によって構造変化を起こし、特定の薬品によって溶けやすくなる。
【００７２】
本実施形態においては、絶縁層１０９は、後述するめっき層１０７−２形成工程において使用するめっき液に対する化学的安定性を有する材料を用いて形成する。このような材料を用いることにより、めっき層１０７−２形成工程の際に、絶縁層１０９が溶解しにくく、半導体基板１０１、ｐ型半導体層１０３ａ、ｎ型半導体層１０３ｂ等へのダメージが発生するのを抑制することができる。
【００７３】
絶縁層１０９の形成に使用するフォトレジスト材料は、上述した性質を備えていれば特に限定されるものではないが、ポジ型ならノボラック樹脂、フェノール樹脂など、ネガ型ならアクリル樹脂などを使用することができる。
【００７４】
また、絶縁層１０９を除去する除去液としては、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、アルキルベンゼンスルホン酸、エタノールアミン類、水酸化ナトリウムなどを含む溶液などを使用することができる。
【００７５】
本実施形態では、フォトレジスト材料として、ポジ型のノボラック樹脂を使用し、除去液として、水酸化ナトリウム水溶液を使用する。
【００７６】
絶縁層１０９は、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどの無機絶縁膜により形成されていてもよい。無機絶縁膜を形成する方法は特に問わないが、精密な膜厚制御が可能なＣＶＤ法による製膜が好ましい。ＣＶＤ法であれば、材料ガスや製膜条件のコントロールで膜質制御が可能である。このような無機絶縁膜を使用する場合は、絶縁膜における光透過性が良いため、完成品において絶縁層１０９を残したままとしてもよい。
【００７７】
［めっき層１０７−２形成ステップ］
次に、第一導電層１０７−１の第１の主面側にめっき層１０７−２を形成する。めっき層１０７−２形成ステップは、第一導電層１０７−１形成ステップの後に行う。
【００７８】
めっき層１０７−２の材料としては、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、またはこれらの合金等が使用できる。とりわけ、コストの観点から、Ｃｕが好適に用いられる。
【００７９】
図８は、めっきを行う際の基板ホルダ１１４に未完成な光電変換素子１００Ａを装着した状態の一例を概略図として示している。ここで、未完成な光電変換素子１００Ａは、簡略化のため半導体基板１０１と第一導電層１０７−１、第二導電層１０８以外を省略して図示している。基板ホルダ１１４は背板１１４−１を有し、更に背板上に面状のめっき給電用電極１１７と、めっき給電用電極１１７に接続されるめっき給電用配線１１８を有している。めっき給電用電極１１７の上に未完成な光電変換素子１００Ａを配置し、パッキン１１４−２を、背板１１４−１と未完成な光電変換素子１００Ａの両方に密着させ、フレーム１１４−４と留め具１１４−３とで固定する。これにより、めっき給電用電極１１７と第二導電層１０８が、めっき液と接触せず、めっき給電用電極１１７と第二導電層１０８が、めっき液を介して第一導電層１０７−１と電気的に接続されることを防ぐことができる。このようにすることで、めっき時に電圧を印加した際に、めっき給電用電極１１７と第一導電層１０７−１との間にめっき液のような低抵抗な電気回路が形成されることを排除することができ、未完成な光電変換素子１００ＡのＰＮ接合からなるダイオードの順方向に電流を流すために十分な電圧が印加される。
【００８０】
以上により基板ホルダ１１４を一例として説明したが、基板ホルダは、めっき給電用電極１１７と第二導電層１０８がめっき液と接触せず、かつ、第一導電層１０７−１がめっき液と接触するという条件を満たせば、どのような構造であっても構わない。例えば、図１０に示されているように、基板ホルダ２１４をめっき液２１６の液面に浮かせるような形で設置する場合は、基板ホルダ２１４の背面側はめっき液２１６の外にあり、めっき液２１６と接触しないため、背板を使用する必要はない。なお、図１０における基板ホルダは、簡単のためパッキンと留め具が省略されて図示してあり、未完成な光電変換素子２００Ａも半導体基板と第一導電層２０７−１以外は省略して図示している。また、図１０には、めっき装置２１１、めっき槽２１２、めっき電極２１３、フレーム２１４−４、電源２１５、めっき給電用電極２１７、めっき給電用配線２１８が図示されている。
【００８１】
また、めっき給電用電極は面状の形状をしており、光電変換素子１００における第二導電層の面積以上の面積を有することが好ましい。例えば、図３に示した裏面金属電極を用いた第二導電層１０８や、前述の第二透明電極層を第二導電層として用いた場合は、光電変換素子の裏面側の略全面に第二導電層が形成されている。この場合、第二導電層の面積以上の面積を有する面状のめっき給電用電極を、第二導電層全体を覆う様に接触させることにより、めっき給電時に第二導電層の光電変換素子面内方向における電気抵抗により生じる電位差の影響を抑制でき、光電変換素子全体に概ね均一に電圧が印加される。また、第二導電層が図４に示されているように細線電極から形成される場合は、第二導電層２０８における細線電極全体を覆う様にめっき給電用電極を接触させることが好ましい。
【００８２】
面状のめっき給電用電極は、例えば板状であることが好ましいが、細線電極のみを覆うようなパターン形状を有していてもよく、また、メッシュ状であってもよい。また、めっき給電用電極としては、光電変換素子の面内方向においてめっき給電用電極内の電位差が大きくなり過ぎないように、十分な厚みを有しているバルクの金属を用いることが好ましく、めっき工程で用いる電流値の大きさに応じてその厚みを調整することが好ましい。
【００８３】
図９は、このめっき層１０７−２形成ステップを示す概念図である。図９に示すめっき装置１１１において、めっき槽１１２内のめっき液１１６に、絶縁層１０９（図３）形成ステップ後の未完成な光電変換素子１００Ａを浸す。めっき液１１６としては、例えば金属塩を溶解したものを用いることができ、具体的には、硫酸銅が電離した硫酸銅水溶液などを用いることができる。即ち、本実施形態においては、めっき液１１６において、銅イオンと硫酸イオンが電離している。なお、図９における基板ホルダ１１４は、簡単のためパッキンと留め具が省略されて図示してあり、未完成の光電変換素子１００Ａも半導体基板と第一導電層１０７−１以外は省略して図示している。
【００８４】
めっき槽１１２内には、平板上の導電体であるめっき電極１１３が配置されている。めっき電極１１３は、ｐ型下地導電層１０３ａと対向するよう配置されている。めっき電極１１３は、電解めっきに用いられる金属単体又は金属合金で形成されたものである。本実施形態では、めっき液１１６として硫酸銅を使用しているため、めっき電極１１３として銅などを使用することができる。
【００８５】
めっき電極１１３は電源１１５の正極に接続されており、陽極となっている。めっき電極１１３は、未完成な光電変換素子１００Ａの半導体基板の略全面を覆う程度の大きさを有している。
【００８６】
電源１１５の負極には、めっき用給電配線１１８を介してめっき給電用電極１１７が接続され、このめっき給電用電極１１７を介して、第二導電層１０８が給電される。このとき、第二導電層１０８と第一導電層１０７−１とは、ｎ型半導体層１０３ｂとｐ型半導体層１０３ａとを含んで構成されるダイオードのみにより電気的に接続された状態である。
【００８７】
すなわち、次の４つの条件が満たされた状態である。
【００８８】
（１）第二導電層１０８と第一導電層１０７−１とが、未完成な光電変換素子１００Ａの構成に不要な導電性層等によって電気的に接続されていない。
【００８９】
（２）第二導電層１０８に対する第一導電層１０７−１の電位差が順方向降下電圧以上になるよう電圧をかけた場合に、電流が、第二導電層１０８と第一導電層１０７−１を含んで構成されるダイオードを介して、第一導電層１０７−１にまで流れる。
【００９０】
（３）めっき給電用電極１１７と等電位の給電部材が第一導電層１０７−１に接続されていない。
【００９１】
（４）めっき給電用電極１１７と第二導電層１０８の両方が、めっき液１１６を介して第一導電層１０７−１と電気的に接続されていない。
【００９２】
以上により、上述した第二導電層１０８と第一導電層１０７−１との間でダイオードの順方向に電流が流れるため、第一導電層１０７−１の露出する表面において、図２に示しためっき層１０７−２が形成される。
【００９３】
このような製造方法により、第二導電層１０８と第一導電層１０７−１とを、光電変換素子１００の構成に不要な導電性層を形成することなく、めっき層１０７−２を形成することができる。
【００９４】
なお、本実施形態においては、ｎ型半導体層１０３ｂとｐ型半導体層１０３ａとを含んで構成されるダイオードがＰＮ接合の場合を例示したが、ｎ型半導体層１０３ｂとｐ型半導体層１０３ａとの間に真性半導体層が介在し、ｎ型半導体層１０３ｂ、真性半導体層、ｐ型半導体層１０３ａにより構成されるダイオードがＰＩＮ接合であってもよい。
【００９５】
以上の様にめっきを行うことにより、第一導電層１０７−１の光電変換素子面内方向における電気抵抗による電位差を大幅に抑制することが可能であり、第一導電層１０７−１上に均一にめっき層１０８を形成することが可能となる。本発明によると、めっきにおける給電を下地電極層に行う従来の太陽電池の製造方法のように、めっき時に印加する電流を段階的に増加させる必要がなく、最初からめっき速度を高めて作製できるため製造効率が高くなる。更には、第一導電層１０７−１上に不均一にめっき電圧が印加される場合であれば、印過電圧が低い箇所がめっき形成されにくい。このようなめっき形成がされにくい箇所の電気抵抗ロスを低減させようとすると、めっき時間を長くする必要があり、めっきがされやすいところのめっき層の幅が太くなるため、遮光ロスが増加する。以上により、本発明による製造方法を使用することで、均一なめっき層を形成することができ、集電時の電気抵抗ロスや遮光ロスが低減される。
【００９６】
（第２の実施形態）
本開示の第２の実施形態について、図５および図６を用いて以下に説明する。
【００９７】
図５では、光電変換素子３００が示されている。光電変換素子３００は表面側の透明電極層３０６ａに接するようにめっき層３０７−２が形成されている。このように、第一導電層として下地電極層を使用しない構造とすることで、第２の実施形態は製造コストの低減が期待できる。図６に光電変換素子３００を形成する上での未完成の光電変換素子３００Ａを示す。未完成の光電変換素子３００Ａでは、第一導電層３０７−１が第一透明電極層３０６ａにより形成されており、前述のフォトレジスト材料などにより形成された絶縁層３０９で覆われている。絶縁層３０９は開口部を有し、開口部は細線電極などのパターンを有していることが好ましい。本実施形態における光電変換素子のその他の製造方法は、第１実施形態による製造方法と同様の方法で作製される。本実施形態のように、第一導電層３０７−１が第一透明電極層３０６ａである場合は、光電変換素子の面内方向における電気抵抗の高さから、通常のめっき方法のように点による接触方法を用いた給電では、面内均一性高くめっき層を形成することは困難である。これは第一導電層３０７−１である透明電極層３０６ａの面内方向における電気抵抗により、給電部から離れるにしたがって電位差が生じるためである。一方で、本発明によると、裏面側の第二導電層３０８に面状で接するめっき給電用電極により、未完成の光電変換素子３００ＡのＰＮ接合からなるダイオードを介することで、均一性高く第一導電層３０７−１に電流を流すことができ均一なめっき層が形成される。なお、図５及び６において、未完成の光電変換素子３００Ａ、半導体基板３０１、真性シリコン系薄膜３０２ａ及び３０２ｂ、導電型シリコン系薄膜３０３ａ及び３０３ｂ、第二透明電極層３０６ｂ、集電極３０７及び光電変換ユニット３５０が図示されている。
【００９８】
（第３の実施形態）
本開示の第３の実施形態について、図７を用いて以下に説明する。
【００９９】
図７は、本発明の製造方法により形成する未完成の光電変換素子４００Ａの表面側を示す平面図である。未完成の光電変換素子４００Ａは、図に記載の点線で領域分けを示唆可能な、４つの細線電極領域が第一導電層４０７−１により形成されており、それぞれの細線電極領域には複数のバスバー電極と、このバスバー電極と交差するように設けられた多数のフィンガー電極を有している。なお、バスバー電極およびフィンガー電極のデザインは前述のものに限定されず、どのようなものであってもよい。また、バスバー電極は有していなくてもよく、フィンガー電極のみ形成されていてもよい。細線電極領域は金属ペーストなどからなる下地電極層であってもよいし、絶縁層が細線電極上の開口部を有する第一透明電極層であってもよい。それぞれの細線電極領域は、外観上孤立している。第一導電層４０７−１が下地電極層である場合は、下地電極層が外観上孤立しており、第一導電層４０７−１が第一透明電極層である場合は、絶縁層の開口部が外観上孤立している。第一導電層４０７−１が下地電極層である場合は、下地電極層が外観上孤立していればよく、下地電極層より半導体基板４０１側に形成された不図示の第一透明電極層により電気的に接続されていてもよい。また、第一導電層４０７−１が第一透明電極層である場合は、絶縁層の開口部が外観上孤立していればよく、第一透明電極層が絶縁層の半導体基板４０１側において、半導体基板４０１の略全面に渡って形成されていてもよい。本実施形態における未完成の光電変換素子４００Ａにおいて、めっき工程後に形成されためっき層は、第一導電層４０７−１に従って外観上孤立している。なお、図７では、外観状孤立する４つの細線電極領域が形成されているが、本実施形態では、細線電極領域の数は複数である限り限定されず、Ｎ個（２≦Ｎ）であればよい。
【０１００】
本実施形態の様に、外観上孤立した複数の第一導電層４０７−１を有する場合、通常のめっき方法であれば各第一導電層にめっき給電を実施する必要があるため、細線電極領域の数が多い場合は、めっきを実施することが困難となる。本発明によると、未完成の光電変換素子４００Ａにおける裏面側の第二導電層に面状で接するめっき給電用電極により、未完成の光電変換素子４００ＡのＰＮ接合からなるダイオードを介することで、均一性高く第一導電層４０７−１に電流を流すことができ、均一なめっき層が形成される。
【０１０１】
本実施形態による光電変換素子は、未完成の光電変換素子４００Ａにおけるめっき工程後に、外観上孤立した細線電極領域を、例えば図に記載の点線部分で分割し、複数の光電変換素子が形成されてもよい。未完成の光電変換素子４００Ａをめっき工程後に分割する方法としては、特に限定されないが、例えばレーザーダイシングまたはブレードダイシングが挙げられる。特に、複雑な形状または曲面を切り出すことができることから、レーザーダイシングが好ましい。このように複数の光電変換素子に分割する場合、めっき層が細線電極領域において外観上孤立していることで、レーザーダイシングやブレードダイシングの切断部分にめっき層が形成されない。（逆に言うと、めっき層が形成されていない部分をレーザーダイシングやブレードダイシングで切断する。）従来との相違点について、詳しく説明する。  例えば、従来の通常の方法では、めっき層側にめっき給電を行う際に、下地電極層を全て外観上つなげて形成されていることが一般的であり、切断部分にもめっき層が形成される場合がある。このような場合において、銅などを略全面にめっき層として使用する場合を考える。その場合、めっき層が形成されていない部分が少なく、また、切断部分にもめっき層が形成されているため、めっき層ごと（めっき層が付いたまま）レーザーダイシングを行うと、レーザーによって、めっき層の銅が溶解して切断面などにおいて半導体基板に付着することで、半導体基板内へ拡散してしまい、光電変換素子の特性低下が生じるおそれが有る。しかしながら本発明の様に、切断部分にめっき層を形成しないことにより、前記のような、めっき層由来の銅の拡散による光電変換素子の特性低下が抑制される。また、切断部分にめっき層を形成しないことにより、ブレードダイシングや（引き続く）折り割り時における物理的な相互作用により、めっき層の一部が光電変換素子から剥がれることも防ぐことができる。
【０１０２】
図７に点線で示したような複数の細線電極領域は、最終的に形成する光電変換素子の数よりも多くてもよく、外観上孤立した複数の細線電極領域からなるめっき層が、一つの光電変換素子上に形成されていてもよい。
【０１０３】
本実施形態による光電変換素子のその他の製造方法は、第１の実施形態と同様に実施される。
【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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【国際調査報告】
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