(57)【要約】【課題】集電線保護層の硬化が十分に行われた染料感応太陽電池を提供する。【解決手段】本発明の染料感応太陽電池は、前面透明基板と前面透明基板上の前面導電層と前面導電層上の前面集電線と、後面透明基板と後面透明基板上の後面導電層と後面導電層上に形成され貫通部を有する後面集電線とを含む。  本発明の染料感応太陽電池は、前記前面集電線に形成し硬化した保護層と、前記後面集電線に形成した硬化性保護層とを対応させて圧着した後、後面集電線の硬化性保護層を硬化させることにより製造される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面透明基板と前記前面透明基板上の前面導電層と前記前面導電層上の前面集電線と、後面透明基板と前記後面透明基板上の後面導電層と前記後面導電層上に形成された貫通部を有する後面集電線を含むことを特徴とする染料感応太陽電池。
【請求項２】
前記後面集電線の貫通部が、長さ方向に沿って形成された複数の貫通孔である請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項３】
前記後面集電線の貫通部が、長さ方向に沿って形成された切り欠き部である請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項４】
前記前面集電線が貫通部を有する請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項５】
前記前面集電線の貫通部および前記後面集電線の貫通部が、長さ方向に沿って形成された複数の貫通孔である請求項４に記載の染料感応太陽電池。
【請求項６】
前記前面集電線の貫通部および前記後面集電線の貫通部が、長さ方向に沿って形成された切り欠き部である請求項４に記載の染料感応太陽電池。
【請求項７】
前面透明基板上に前面導電層を形成し、前記前面導電層上に前面集電線を形成し、前記前面集電線に硬化性保護層を塗布した後に硬化させる工程を含む前面基板を形成する工程と、後面透明基板上に後面導電層を形成し、前記後面導電層上に貫通部を有する後面集電線を形成し、前記後面集電線に硬化性保護層を塗布する工程を含む後面基板を形成する工程と、前記前面基板と前記後面基板を圧着する工程と、前記後面集電線の硬化性保護層を硬化させる工程を含むことを特徴とする染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記前面基板と後面基板を圧着する工程が、前記前面集電線に塗布し、硬化した保護層と前記後面集電線の硬化性保護層を対応させて圧着する工程である請求項７に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記前面集電線が貫通部を有する請求項７に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記後面集電線の貫通部が、長さ方向に沿って形成された複数の貫通孔である請求項７に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記後面集電線の貫通部が、長さ方向に沿って形成された切り欠き部である請求項７に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前面透明基板上に前面導電層を形成し、前記前面導電層上に貫通部を有する前面集電線を形成し、前記前面集電線に硬化性保護層を形成した後に硬化させる工程を含む前面基板を形成する工程と、後面透明基板上に後面導電層を形成し、前記後面導電層上に後面集電線を形成し、前記後面集電線に硬化性保護層を形成する工程を含む後面基板を形成する工程と、前記前面基板と前記後面基板を圧着する工程と、前記後面集電線の硬化性保護層を硬化させる工程を含むことを特徴とする染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記前面基板と後面基板を圧着する工程が、前記前面基板に形成し、硬化した保護層と、前記後面集電線の硬化性保護層を対応させて圧着する工程である請求項１２に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記前面集電線の貫通部が、長さ方向に沿って形成された複数の貫通孔である請求項１２に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記前面集電線の貫通部が、長さ方向に沿って形成された切り欠き部である請求項１２に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、染料感応太陽電池に関するもので、より詳しくは、集電線保護層の硬化が十分に行われるように構成された染料感応太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１９９１年度スイス国立ローザンヌ高等技術院（ＥＰＦＬ）のマイケルグレッツェル（Michael Gratzel）研究チームによって染料感応ナノ粒子酸化チタン太陽電池が開発されて以後、この分野で多くの研究が進められている。染料感応太陽電池は、既存のシリコン系太陽電池に比べて製造単価が顕著に低いため、既存の非晶質シリコン太陽電池を代替できる可能性を有している。シリコン太陽電池とは異なり、染料感応太陽電池は可視光線を吸収して電子−ホール（hole）対を生成することができる染料分子と、生成した電子を伝達する遷移金属酸化物を主構成材料とする光電気化学的太陽電池である。
【０００３】
一般に、染料増感太陽電池の単位セルは前面透明基板および後面透明基板と、その前面／後面透明基板の表面にそれぞれ形成される透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる導電層とを基本構造とし、前面導電層上にはその表面に染料が吸着された遷移金属酸化物多孔質層が形成され、後面導電層上には触媒薄膜電極が形成され、前記遷移金属酸化物（例えば、ナノ粒子ＴｉＯ2）多孔質電極と触媒薄膜電極の間には電解質が充填された構造を有する。
【０００４】
前記電解質としては、一般にヨウ素等を含む電解液が用いられており、ヨウ素を含む電解液を利用した染料感応太陽電池に光（可視光）を当てると、染料が光を吸収し、励起された染料の内部から電子がＴｉＯ2多孔質層に移動して外部電極まで到達し、電子が抜け出た染料は、電解質中にあるヨウ素イオン（Ｉ-）の酸化作用によってヨウ素の電子が移動して再生し、酸化された三価のヨウ素イオン（Ｉ3-）は、触媒電極の方に移動して、触媒電極表面で還元作用により再び電子の供給を受ける。この繰り返しにより電気を発生する。
【０００５】
従来技術の染料感応太陽電池の一例として、グリッド状の集電線を有する染料感応太陽電池セルの断面を図１に、図１のＡ部分の拡大図を図２に示す。
図１および２に示す染料感応太陽電池では、前面基板は、前面透明基板１００、前面透明基板１００上に塗布された前面導電層１１０、前面導電層１１０上に形成されたＴｉＯ2多孔質層１２０などで構成される。また、前面基板には、ＴｉＯ2多孔質層１２０で生成された電子の移動を容易にするための経路となる前面集電線１３０が形成され、前面集電線１３０は集電線保護層１４０で保護されている。
【０００６】
後面基板は、後面透明基板２００、後面透明基板２００上に塗布された後面導電層２１０、後面導電層２１０上に形成された触媒電極２２０などで構成される。後面基板にも、触媒電極２２０に電子の移動を容易にするための経路となる後面集電線２３０が形成され、後面集電線２３０は集電線保護層２４０で保護されている。
【０００７】
電子の移動効率をよくするために集電線の幅は広い方が望ましいが、前記前面基板と後面基板を圧着して染料感応太陽電池を製造するとき、集電線の幅が広い場合、集電線が妨げとなり熱や紫外線（ＵＶ）が集電線保護層（１４０、２４０）として使用される熱硬化性樹脂またはＵＶ硬化性樹脂に十分に伝達されず、集電線保護層が十分に硬化されない場合がある。
【０００８】
後面基板側では特に深刻で、後面集電線２３０の保護層２４０は、前面基板と後面基板を圧着した後に後面基板の後方から熱やＵＶを加えなければならないので、後面集電線２３０の幅が広く、後面基板の後方から加えられる熱やＵＶが、後面集電線２３０の前方に位置する熱硬化性樹脂やＵＶ硬化性樹脂に十分に伝達されず、保護層２４０が十分に硬化されず、後面集電線２３０の保護が不十分となったり、前面基板と後面基板の間のギャップ（gap）が薄く均一に維持できないといった問題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために、第一に、幅の広い集電線によって熱硬化性樹脂やＵＶ硬化性樹脂が十分に硬化されない問題を解決することを目的とし、第二に、前面基板と後面基板の間のギャップ（gap）を薄く均一に維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために本発明者らは鋭意検討し、集電線、特に一定の大きさ以上の線幅を有する集電線に貫通部を形成して、熱硬化やＵＶ硬化が容易に行うことができる構成を見出した。
【００１１】
具体的には、本発明の染料感応太陽電池は、前面透明基板と、前面透明基板上の前面導電層と、前面導電層上の前面集電線と、後面透明基板と、後面透明基板上の後面導電層と、後面導電層上に形成された貫通部を有する後面集電線とを含む構成からなる。
【００１２】
後面集電線の貫通部は、長さ方向に沿って形成された複数の貫通孔であるか、または長さ方向に沿って形成された切り欠き部である。
【００１３】
前面集電線も貫通部を有することができる。前面集電線の貫通部も、長さ方向に沿って形成された複数の貫通孔であるか、または長さ方向に沿って形成された切り欠き部である。
【００１４】
本発明の染料感応太陽電池を製造する方法は、前面透明基板上に前面導電層を形成し、前面導電層上に前面集電線を形成し、前面集電線に熱硬化性またはＵＶ硬化性の保護層を塗布した後に熱硬化またはＵＶ硬化させる工程を含む前面基板の形成工程と、後面透明基板上に後面導電層を形成し、後面導電層上に貫通部を有する後面集電線を形成し、後面集電線に熱硬化性またはＵＶ硬化性の保護層を塗布する工程を含む後面基板の形成工程と、前面基板と後面基板を圧着する工程と、後面集電線の保護層を熱硬化またはＵＶ硬化させる工程を含む。
【００１５】
前面基板と後面基板を圧着する工程では、前面集電線の熱硬化性またはＵＶ硬化性の保護層と後面集電線の熱硬化性またはＵＶ硬化性の保護層を対応させることができる。
【００１６】
本発明の染料感応太陽電池を製造する他の方法は、前面透明基板上に前面導電層を形成し、前面導電層上に貫通部を有する前面集電線を形成し、前記前面集電線に熱硬化性またはＵＶ硬化性の保護層を塗布した後に熱硬化またはＵＶ硬化させる工程を含む前面基板の形成工程と、後面透明基板上に後面導電層を形成し、後面導電層上に後面集電線を形成し、後面集電線に熱硬化性またはＵＶ硬化性の保護層を形成する工程を含む後面基板の形成工程と、前面基板と後面基板を圧着する工程と、後面集電線の保護層を熱硬化またはＵＶ硬化させる工程を含む。
【００１７】
前面基板と後面基板を圧着する工程では、前面集電線の熱硬化性またはＵＶ硬化性の保護層と、後面集電線の熱硬化性またはＵＶ硬化性の保護層を対応させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
前記構成を有する本発明によれば、第一に、集電線の幅が広くても中央部の貫通部を通して熱やＵＶが浸透して、反対側の熱硬化性樹脂やＵＶ硬化性樹脂を十分に硬化することができる。第二に、前面基板の硬化性樹脂を硬化させた後、後面集電線保護層を硬化する前に前面基板と後面基板を圧着することにより、線幅の狭い集電線の硬化された保護層の高さは前面基板と後面基板のギャップ（gap）を薄く均一に維持することに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】グリッド状の集電線を有する染料感応太陽電池セルの断面図である。
【図２】図１のＡ部分の拡大図である。
【図３】本発明に係る貫通集電線を有する染料感応太陽電池の部分断面図である。
【図４】前面集電線に貫通部が備えられた染料感応太陽電池の部分断面図である。
【図５】本発明に係る貫通部を有する後面集電線を備えた染料感応太陽電池の一製造例の過程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明を詳しく説明する。
【００２１】
図３は、本発明に係る貫通集電線を有する染料感応太陽電池例の部分断面図である。
本例の染料感応太陽電池は前面基板と後面基板で構成され、前面基板は前面透明基板１００、前面導電層１１０、ＴｉＯ2多孔質層１２０、前面集電線１３０、前面集電線保護層１４０などを含み、後面基板は後面透明基板２００、後面導電層２１０、触媒電極２２０、後面集電線２３１、２３２、後面集電線保護層２４０などを含む。
【００２２】
前面透明基板１００および後面透明基板２００は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）のうちのいずれか１つを含む透光性プラスチック基板やガラス基板で構成される。
【００２３】
前面導電層１１０および後面導電層２１０は、前面透明基板１００および後面透明基板２００のそれぞれの表面をコーティングする形態に構成することができる。前面導電層１１０および後面導電層２１０は、ＩＴＯ（スズをドープした酸化インジウム）、ＦＴＯ（フッ素をドープした酸化スズ）、ＺｎＯ−（Ｇａ2Ｏ3またはＡｌ2Ｏ3）、ＳｎＯ2−Ｓｂ2Ｏ3のうちのいずれか１つで構成することができる。
【００２４】
ＴｉＯ2多孔質層１２０は、１〜４０μｍの厚さの多孔質膜であり、多孔質層を構成するナノ粒子の平均粒径は３〜１００ｎｍ程度であり、好ましくは１０〜４０ｎｍの粒径を有する。多孔質層は、ナノ粒子が均一に分布しており、多孔性を維持しながら表面は適度な粗さを有する。その表面粗さは、２０ｎｍより大きくすることが好ましい。多孔質層には、電子の移動を容易にするために、スズをドープした酸化インジウム（ＩＴＯ：tin-doped indium oxide）のような導電性微粒子を添加することができる。また、光路を延長するために光散乱子を添加することもできる。
【００２５】
多孔質層としては、Ｔｉ酸化物、Ｎｂの酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｗ酸化物、Ｎｉ酸化物、Ｆｅ酸化物、Ｃｒ酸化物、Ｖ酸化物、Ｐｍ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｓｒ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｙｒ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｙ酸化物、Ｓｃ酸化物、Ｓｍ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｉｎ酸化物、ＳｒＴｉ酸化物などを単独または複合物の形態で使用することができる。
【００２６】
多孔質層のナノ粒子の表面には、可視光線を吸収するために染料が吸着されている。染料は、Ｒｕ複合体が広く使用される。染料感応太陽電池に適した染料としては、Ｒｕ（etc bpy）2（ＮＣＳ）2・２ＣＨ3ＣＮタイプがある。ここで、etcは多孔質膜（ＴｉＯ2）の表面と結合可能な反応基である（ＣＯＯＥｔ）2または（ＣＯＯＨ）2である。
【００２７】
触媒電極２２０は、白金、カーボン、カーボンナノチューブなどで構成され、１〜３００ｎｍ程度の厚さを有し、光透過率は１０〜１００％であることが望ましい。特に、白金は反射度が優れ、広く利用されている。
【００２８】
電解質層は前面透明基板１００と後面透明基板２００の間に充填され、ＴｉＯ2多孔質層１２０の内部に均一に分散されている。電解質層としては、液体電解質、イオン性液体電解質、準固体電解質、高分子電解質、固体電解質などを選択して使用される。電解質は、Ｉ-（iodide）／Ｉ3-（triodide）対であって、酸化／還元によって触媒電極２２０から電子を受け、染料に伝達する役割を果たす。
【００２９】
前面集電線１３０は、前面導電層１１０上にグリッド状に形成され、ＴｉＯ2多孔質層１２０および前面導電層１１０を経由して供給される電子を集めて、外部電極（図示せず）に伝達する役割を果たす。
【００３０】
前面集電線１３０は、前面導電層１１０の物質より低い抵抗および優れた電気伝導性を有する物質、例えばニッケル、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、モリブデン、タングステンなどで構成される。
【００３１】
前面集電線１３０は、一体型に構成されるか、場合によっては内部に貫通部を有することもある。貫通部が形成される前面集電線については図４を参照して詳細に後述する。前面集電線１３０の線幅は、中央部で０.１〜０.５ｍｍ程度であり、端部で１〜５ｍｍ程度である。
【００３２】
前面集電線１３０と前面導電層１１０の間には導電性接着層（図示せず）が形成されることがある。導電性接着層（図示せず）は、前面集電線１３０を前面導電層１１０上に物理的に固定し、かつ前面集電線１３０と前面導電層１１０を電気的に連結する。
【００３３】
前面集電線保護層１４０は、前面集電線１３０の外部を取り囲んでおり、このような構造によって、前面集電線１３０に触れると腐食する恐れのある電解質の前面集電線１３０への接触が防止される。
【００３４】
前面集電線保護層１４０は、高分子物質からなり、熱やＵＶによって硬化される熱硬化性またはＵＶ硬化性の性質を有し、さらに接着剤の性質を有することが望ましい。
【００３５】
前面集電線保護層１４０は、前面集電線１３０上に塗布された後、熱やＵＶによって硬化される。前面集電線保護層１４０の硬化は、前面基板と後面基板を合着する前に、前面集電線保護層１４０の前方から熱やＵＶを加えて行われる。したがって、前面集電線１３０の線幅が広くても前面集電線保護層１４０の硬化が妨げられることはほとんどない。しかし、前面集電線保護層１４０を硬化させるとき、前面透明基板１００の後方から熱やＵＶを加えなければならない場合には前面集電線１３０の内部に貫通部を形成させる必要がある。これについては、図４を参照して後述する。
【００３６】
前面集電線保護層１４０は、前述のように、前面基板と後面基板を合着する前に硬化されるので、硬化された前面集電線保護層１４０の高さは前面基板と後面基板の間隔を薄く均一に維持するのに利用することができる。
【００３７】
後面集電線２３１、２３２は、前面集電線１３０と同様に、後面導電層２１０上にグリッド状に形成され、回路的に見ると、後面導電層２１０を経由して触媒電極２２０に電子を供給する役割を果たす。
【００３８】
後面集電線２３１、２３２は、後面導電層２１０の物質より低い抵抗および優れた電気伝導性を有する物質、例えばニッケル、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、モリブデン、タングステンなどで構成される。
【００３９】
後面集電線２３１、２３２は、図３に示されているように、内部に貫通部が形成されており、後面集電線２３１と後面集電線２３２を合わせた全体の線幅は、中央部で通常０.１〜０.５ｍｍ程度であり、端部で通常１〜５ｍｍ程度である。
後面集電線の線幅が大きい場合には、後面集電線保護層２４０が十分に硬化されない場合がある。これは、前面基板と後面基板を合着した後、後面基板の後方から熱やＵＶを加えて後面集電線保護層２４０を硬化するために発生する。すなわち、後面基板の後方から加えられる熱やＵＶが後面集電線によって遮断されて後面集電線前方に位置する保護層に十分に伝達されないためである。このような現象は後面集電線の線幅が大きい端部でひどく発生する。実験によると、後面集電線の線幅が２ｍｍ以上である場合、このような現象が頻繁に発生した。そのため、特に端部の後面集電線に貫通部を形成することが好ましい。しかし、比較的線幅の小さい後面集電線の中央部でも、場合によっては、その内部に貫通部を形成させることが好ましい。
【００４０】
貫通部は、長さ方向に沿って形成される複数の貫通孔であるか、または長さ方向に沿って形成される切り欠き部である。貫通孔は、円形、四角形、五角形などに多様に形成することができ、切り欠き部も四角形態などに多様に形成することができる。ここで、後面集電線２３１、２３２は、貫通部を除いては、互いに連結されている一体型である。
【００４１】
後面集電線２３１、２３２と後面導電層２１０の間にも導電性接着層（図示せず）を形成することができる。導電性接着層（図示せず）は、後面集電線２３１、２３２を後面導電層２１０上に物理的に固定しながら、後面集電線２３１、２３２と後面導電層２１０を電気的に連結する。
【００４２】
後面集電線保護層２４０は、後面集電線２３１、２３２の外部を取り囲んでおり、このような構造によって電解質が後面集電線２３１、２３２と接触することを防止する。
後面集電線保護層２４０は、前面集電線保護層１４０と同様の成分および性質を有する物質で構成することができる。
【００４３】
後面集電線保護層２４０は、前面基板と後面基板が合着された後、後面基板の後方から加える熱やＵＶによって硬化される。このとき、加える熱やＵＶは後面集電線２３１、２３２の間に形成された貫通部を通して後面集電線２３１、２３２の前方に位置する集電線保護層に提供される。
【００４４】
図４は前面集電線に貫通部を備えた染料感応太陽電池の部分断面図である。前面集電線保護層１４０は、前面基板と後面基板が合着される前に硬化されるため、一般的には前面集電線によって硬化が妨げられることはほとんどない。しかし、前面集電線保護層１４０を硬化させるとき、前面透明基板１００の後方から熱やＵＶを加えなければならない場合には、前面集電線の内部に貫通部を形成した、図４に示す前面集電線１３１、１３２のような構成にする必要がある。
【００４５】
図５は本発明に係る貫通部を有する後面集電線を備えた染料感応太陽電池の一製造例の過程を示すフローチャートである。
【００４６】
本例では、先ず前面透明基板上に前面導電層を形成し、前面導電層上に前面集電線を形成し、前面集電線に熱硬化性またはＵＶ硬化性保護層を塗布する（Ｓ５１０工程）。
次いで、熱硬化性またはＵＶ硬化性保護層を熱またはＵＶを加えて熱硬化またはＵＶ硬化させる（Ｓ５２０工程）。
Ｓ５１０工程およびＳ５２０工程を含む製造過程により前面基板が作られる。
【００４７】
前面基板の製造とは別に、後面透明基板上に後面導電層を形成し、後面導電層上に貫通部を有する後面集電線を形成する（Ｓ５３０工程）。
後面集電線の貫通部の形成には、貫通部が形成されたマスクを用いるスパッタリング法で後面集電線を形成する方法、貫通部がない後面集電線を形成した後にエッチングなどで貫通部を形成する方法などを用いることができる。その後、後面集電線に熱硬化性またはＵＶ硬化性保護層を塗布する（Ｓ５３０工程）。
Ｓ５３０工程を含む製造過程により後面基板が作られる。
【００４８】
その後、前面基板と後面基板を圧着する（Ｓ５４０工程）。この時、前面基板と後面基板の間の間隔を維持するなどの目的で前面集電線の熱硬化性またはＵＶ硬化性保護層と後面集電線の熱硬化性またはＵＶ硬化性保護層を対応させて圧着することができる。しかし、そのような目的がない場合には、保護層同士を対応させる必要がない。
その後、後面基板の後方から熱やＵＶを加えて、後面集電線の熱硬化性またはＵＶ硬化性保護層を硬化させる。
【００４９】
他の製造方法として、前面集電線にも貫通部を形成させる方法がある。
この方法は、前面導電層上に貫通部を有する前面集電線を形成する工程を含む以外は、図５の製造過程と同じである。
【００５０】
以上で説明した実施例は、本発明の技術的思想を説明するためのものであり、権利の範囲を限定しようとしたものではない。したがって、本発明の権利範囲は以下の特許請求の範囲の記載によって決定されなければならない。また、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の思想から外れない範囲で、当該技術分野の当業者であれば本発明の思想を多様に修正または変更させることができると予想され、このような修正や変更は本発明の権利の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１００      前面透明基板
１１０      前面導電層
１２０      多孔質層
１３０，１３１，１３２      前面集電線
１４０      前面集電線保護層
２００      後面透明基板
２１０      後面導電層
２２０      触媒電極
２３０，２３１，２３２      後面集電線
２４０      後面集電線保護層
【図１】
2011249329.tif 000003
【図２】
2011249329.tif 000004
【図３】
2011249329.tif 000005
【図４】
2011249329.tif 000006
【図５】
2011249329.tif 000007