(57)【要約】  製造プロセスの簡略化および出力の向上が可能である太陽電池を提供する。太陽電池１は、裏面接合型の太陽電池であって、半導体基板１１と、半導体基板１１の裏面側の一部である第１領域７、および半導体基板１１の裏面側の他の一部である第２領域８に形成され、第１導電型である第１導電型半導体層２５と、第２領域８における第１導電型半導体層２５上に形成され、第１導電型とは逆の第２導電型である第２導電型半導体層３５と、第１領域７における第１導電型半導体層２５上に形成された第１電極層２７と、第２領域８における第２導電型半導体層３５上に形成された第２電極層３７とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面接合型の太陽電池であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の一方主面側の一部である第１領域、および前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部である第２領域に形成され、第１導電型である第１導電型半導体層と、
前記第２領域における前記第１導電型半導体層の上に形成され、前記第１導電型とは逆の第２導電型である第２導電型半導体層と、
前記第１領域における前記第１導電型半導体層の上に形成された第１電極層と、
前記第２領域における前記第２導電型半導体層の上に形成された第２電極層と、
を備える、太陽電池。
【請求項２】
前記第１導電型はｐ型であり、前記第２導電型はｎ型である、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記半導体基板は前記第１導電型の半導体基板である、請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記半導体基板と前記第１導電型半導体層との間に形成され、実質的に真性な第１真性半導体層を更に備える、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項５】
前記第１導電型半導体層のエッチング溶液に対するエッチングレートは、前記第２導電型半導体層のエッチング溶液に対するエッチングレートよりも小さい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第１導電型半導体層は微結晶シリコン層を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記第２導電型半導体層は微結晶シリコン層を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記第１導電型半導体層の結晶化度は、前記第２導電型半導体層側の界面に向けて、増大している、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記半導体基板の前記一方主面側と反対側の他方主面側に形成され、実質的に真性な第２真性半導体層を更に備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記半導体基板の前記一方主面側と反対側の他方主面側に形成された酸化アルミニウム層を更に備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記第１導電型半導体層は、前記半導体基板の前記一方主面側の全面を覆っている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１２】
裏面接合型の太陽電池の製造方法であって、
半導体基板の一方主面側の一部である第１領域、および前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部である第２領域に、第１導電型である第１導電型半導体層を形成する第１半導体層形成工程と、
前記第１領域および前記第２領域における前記第１導電型半導体層の上に、前記第１導電型とは逆の第２導電型である第２導電型半導体層の材料膜を形成する第２半導体層材料膜形成工程と、
前記第１領域における前記第２導電型半導体層の材料膜を除去することにより、前記第２領域に、パターン化された前記第２導電型半導体層を形成する第２半導体層形成工程と、
を含む、太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記第２半導体層形成工程では、エッチング溶液を用いて、前記第１領域における前記第２導電型半導体層の材料膜を除去し、
前記第１導電型半導体層の前記エッチング溶液に対するエッチングレートは、前記第２導電型半導体層の前記エッチング溶液に対するエッチングレートよりも小さい、請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記第１導電型はｐ型であり、
前記第２導電型はｎ型であり、
前記エッチング溶液はアルカリ溶液である、
請求項１３に記載の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、裏面接合型（バックコンタクト型、裏面電極型ともいう。）の太陽電池および太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板を用いた太陽電池として、受光面側および裏面側の両面に半導体層が形成された例えばヘテロ接合型（以下、裏面接合型に対して両面接合型と称する。両面電極型ともいう。）の太陽電池と、裏面側のみに半導体層が形成された裏面接合型の太陽電池とがある。両面接合型の太陽電池では、受光面側に電極が形成されるため、この電極により太陽光が遮蔽されてしまう。一方、裏面接合型の太陽電池では、受光面側に電極が形成されないため、両面接合型の太陽電池と比較して太陽光の受光率が高い。特許文献１および２には、裏面接合型の太陽電池が開示されている。【０００３】
特許文献１および２に記載の太陽電池は、光電変換層として機能する半導体基板と、半導体基板の裏面側の一部である第１領域に形成された第１導電型半導体層と、半導体基板の裏面側の他の一部である第２領域、および第１領域の第１導電型半導体層上に形成された第２導電型半導体層とを備える。このような太陽電池によれば、第１導電型半導体層をパターニングした後、第２導電型半導体層を半導体基板の裏面側の全面に製膜すればよいので、製造プロセスの簡略化が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０１１５１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／００２２５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような太陽電池の製造方法の一例として、ＣＶＤ（化学気相堆積法）プロセスとウエットプロセスとを用いる方法がある。このような方法では、
・ＣＶＤ法を用いて、半導体基板の裏面側の第１領域および第２領域に、真性半導体層および第１導電型半導体層の材料膜を形成する第１半導体層材料膜形成工程（１回目のＣＶＤプロセス）と、
・エッチング法を用いて、第２領域における第１導電型半導体層の材料膜を除去し、第１領域に、パターン化された第１導電型半導体層を形成する第１半導体層形成工程（パターニング：ウエットプロセス）と、
・ＣＶＤ法を用いて、第１領域における第１導電型半導体層上および第２領域における真性半導体層上に、第２導電型半導体層を形成する第２半導体層形成工程（２回目ＣＶＤプロセス）と、
を含む。このような太陽電池の製造方法では、２回のＣＶＤプロセスとウエットプロセスとを交互に行う必要があり、太陽電池の出力低下が予想される。【０００６】
本発明は、更なる製造プロセスの簡略化と出力の向上が可能である太陽電池および太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る太陽電池は、裏面接合型の太陽電池であって、半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側の一部である第１領域、および前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部である第２領域に形成され、第１導電型である第１導電型半導体層と、前記第２領域における前記第１導電型半導体層の上に形成され、前記第１導電型とは逆の第２導電型である第２導電型半導体層と、前記第１領域における前記第１導電型半導体層の上に形成された第１電極層と、前記第２領域における前記第２導電型半導体層の上に形成された第２電極層と、を備える。【０００８】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、裏面接合型の太陽電池の製造方法であって、半導体基板の一方主面側の一部である第１領域、および前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部である第２領域に、第１導電型である第１導電型半導体層を形成する第１半導体層形成工程と、前記第１領域および前記第２領域における前記第１導電型半導体層の上に、前記第１導電型とは逆の第２導電型である第２導電型半導体層の材料膜を形成する第２半導体層材料膜形成工程と、前記第１領域における前記第２導電型半導体層の材料膜を除去することにより、前記第２領域に、パターン化された前記第２導電型半導体層を形成する第２半導体層形成工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、太陽電池の製造プロセスの簡略化および太陽電池の出力の向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図である。
【図２】図１の太陽電池におけるII−II線断面図である。
【図３Ａ】本実施形態に係る太陽電池の製造方法における真性半導体層形成工程、第１導電型半導体層形成工程、および第２導電型半導体層材料膜形成工程を示す図である（ＣＶＤプロセス）。
【図３Ｂ】本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第２半導体層形成工程を示す図である（パターニング：ウエットプロセス）。
【図３Ｃ】本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第２半導体層形成工程を示す図である（パターニング：ウエットプロセス）。
【図３Ｄ】本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第２半導体層形成工程を示す図である（パターニング：ウエットプロセス）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。
【００１２】
（太陽電池）
図１は、本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図である。図１に示す太陽電池１は、裏面接合型の太陽電池である。太陽電池１は、２つの主面を備える半導体基板１１を備え、半導体基板１１の主面において第１領域７と第２領域８とを有する。
【００１３】
第１領域７は、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数のフィンガー部７ｆと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部７ｂとを有する。バスバー部７ｂは、半導体基板１１の一方の辺部に沿って第１方向（Ｘ方向）に延在し、フィンガー部７ｆは、バスバー部７ｂから、第１方向に交差する第２方向（Ｙ方向）に延在する。
同様に、第２領域８は、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数のフィンガー部８ｆと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部８ｂとを有する。バスバー部８ｂは、半導体基板１１の一方の辺部に対向する他方の辺部に沿って第１方向（Ｘ方向）に延在し、フィンガー部８ｆは、バスバー部８ｂから、第２方向（Ｙ方向）に延在する。
フィンガー部７ｆとフィンガー部８ｆとは、第１方向（Ｘ方向）に交互に設けられている。
なお、第１領域７および第２領域８は、ストライプ状に形成されてもよい。
【００１４】
図２は、図１の太陽電池におけるII−II線断面図である。図２に示すように、太陽電池１は、半導体基板１１と、半導体基板１１の主面のうちの受光する側の主面（他方主面）である受光面側に順に積層された真性半導体層（第２真性半導体層）１３および光学調整層１５を備える。また、太陽電池１は、半導体基板１１の主面のうちの受光面の反対側の主面（一方主面）である裏面側の一部（第１領域７）および他の一部（第２領域８）に順に積層された真性半導体層（第１真性半導体層）２３および第１導電型半導体層２５と、半導体基板１１の裏面側の第２領域８の第１導電型半導体層２５上に積層された第２導電型半導体層３５とを備える。また、太陽電池１は、第１領域７に形成された第１電極層２７と、第２領域８に形成された第２電極層３７とを備える。
【００１５】
半導体基板１１は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等の結晶シリコン材料で形成される。半導体基板１１は、例えば結晶シリコン材料にｐ型ドーパントがドープされたｐ型の半導体基板である。ｐ型ドーパントとしては、例えばホウ素（Ｂ）が挙げられる。
半導体基板１１は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア（電子および正孔）を生成する光電変換基板として機能する。
半導体基板１１の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であっても比較的高出力（照度によらず安定した出力）が得られる。
【００１６】
真性半導体層１３は、半導体基板１１の受光面側に形成されている。真性半導体層２３は、半導体基板１１の裏面側の第１領域７および第２領域８に、すなわち半導体基板１１の裏面側の全面に連続して形成されている。真性半導体層１３，２３は、例えば実質的に真性（ｉ型）なアモルファス（非晶質）シリコンを主成分とする材料で形成される。実質的に真性とは、導電型不純物を含まない完全に真性である層に限られず、シリコン系層が真性層として機能し得る範囲で微量のｐ型不純物またはｎ型不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型の実質的に真性な層も包含する。
【００１７】
なお、半導体基板１１がｐ型半導体基板である場合、半導体基板１１の受光面側には、真性半導体層１３に代えて酸化アルミニウム層が形成されてもよい（所謂、ＰＥＲＫ構造）。
【００１８】
真性半導体層１３，２３（および、酸化アルミニウム層）は、いわゆるパッシベーション層として機能し、半導体基板１１で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。
【００１９】
光学調整層１５は、半導体基板１１の受光面側の真性半導体層１３（または、酸化アルミニウム層）上に形成されている。光学調整層１５は、入射光の反射を防止する反射防止層として機能するとともに、半導体基板１１の受光面側および真性半導体層１３（または、酸化アルミニウム層）を保護する保護層として機能する。光学調整層１５は、例えば酸化珪素（ＳｉＯ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、または酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）のようなそれらの複合物等の絶縁体材料で形成される。
【００２０】
第１導電型半導体層２５は、半導体基板１１の裏面側の第１領域７および第２領域８に、すなわち半導体基板１１の裏面側の全面を覆うように連続して形成されている。具体的には、第１導電型半導体層２５は、真性半導体層２３上に形成されている。第１導電型半導体層２５は、例えばアモルファス（非晶質）シリコン材料で形成される。
【００２１】
第１導電型半導体層２５は、微結晶シリコン層を含んでいてもよい。また、第１導電型半導体層２５の結晶化度は、第２導電型半導体層３５側の界面に向けて、増大していてもよい。すなわち、第１導電型半導体層２５の半導体基板１１側はアモルファス（非晶質）シリコン層であるが、第１導電型半導体層２５において半導体基板１１側から第２導電型半導体層３５側へ向けて次第に結晶化度が増大し、第１導電型半導体層２５の第２導電型半導体層３５側は微結晶シリコン層であってもよい。これにより、第１導電型半導体層２５と第２導電型半導体層３５との間の界面抵抗が小さくなる。
【００２２】
第１導電型半導体層２５は、例えばアモルファスシリコン材料（および、微結晶シリコン層）にｐ型ドーパント（例えば、上述したホウ素（Ｂ））がドープされたｐ型半導体層である。
【００２３】
第２導電型半導体層３５は、半導体基板１１の裏面側の第２領域８に形成されている。具体的には、第２導電型半導体層３５は、第２領域８における第１導電型半導体層２５上に形成されている。第２導電型半導体層３５は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。
【００２４】
第２導電型半導体層３５は微結晶シリコン層を含んでもよい。これにより、第２導電型半導体層３５における界面抵抗が小さくなる。
【００２５】
第２導電型半導体層３５は、例えばアモルファスシリコン材料（および、微結晶シリコン層）にｎ型ドーパントがドープされたｎ型の半導体層である。ｎ型ドーパントとしては、例えばリン（Ｐ）が挙げられる。
【００２６】
第１導電型半導体層２５の膜厚は、０．７ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、第２導電型半導体層３５の膜厚は、８ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。膜厚とは、半導体層の積層方向（ＸＹ平面に交差する方向）の厚さである。
【００２７】
ここで、第２領域８において、第２導電型半導体層３５は、第１導電型半導体層２５を介して半導体基板１１上に形成されるが、第１導電型半導体層２５が半導体基板１１と同一の導電型であり、かつ、第１導電型半導体層２５の膜厚が十分に薄いと、トンネル効果（トンネル電流）により、半導体基板１１で生じた少数キャリアを第２導電型半導体層３５で回収することができる。
【００２８】
第１導電型半導体層２５のエッチング溶液（例えば、アルカリ溶液）に対するエッチングレートは、第２導電型半導体層３５のエッチング溶液（例えば、アルカリ溶液）に対するエッチングレートよりも小さくてもよい。これにより、ＣＶＤプロセスによって第１導電型半導体層２５および第２導電型半導体層材料膜を一括製膜した後、ウエットプロセスにおいて、第１領域７における第２導電型半導体層材料膜のみを選択的にエッチングし、第１領域７に第１導電型半導体層２５を残すことができる（詳細は後述する）。
【００２９】
なお、第１導電型半導体層２５がｎ型半導体層であり、第２導電型半導体層３５がｐ型半導体層であってもよい。なお、上述したように、第１導電型半導体層２５がｐ型半導体層であり、第２導電型半導体層３５がｎ型半導体層であると、上述したエッチングレートの関係を実現するエッチング溶液の選択が容易である（例えば、アルカリ溶液）。
【００３０】
また、上述した実施形態では、半導体基板１１が第１導電型半導体層２５の導電型と同一の第１導電型の半導体基板である形態を例示したが、半導体基板１１は第１導電型半導体層２５の導電型と異なる第２導電型の半導体基板であってもよい。
【００３１】
第１電極層２７は、第１領域７における第１導電型半導体層２５上に形成されており、第２電極層３７は、第２領域８における第２導電型半導体層３５上に形成されている。
第１電極層２７および第２電極層３７は、透明電極層と金属電極層とを含んでもよいし、金属電極層のみを含んでもよい。透明電極層は、透明な導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムおよび酸化スズの複合酸化物）、ＺｎＯ（Zinc Oxide：酸化亜鉛）が挙げられる。金属電極層は、銀等の金属粉末を含有する導電性ペースト材料で形成される。
【００３２】
（太陽電池の製造方法）
以下、図３Ａ〜図３Ｄを参照して、図１および図２に示す本実施形態の太陽電池１の製造方法について説明する。図３Ａは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における真性半導体層形成工程、第１導電型半導体層形成工程、および第２導電型半導体層材料膜形成工程を示す図であり（ＣＶＤプロセス）、図３Ｂ〜図３Ｄは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第２半導体層形成工程を示す図である（パターニング：ウエットプロセス）。
【００３３】
まず、図３Ａに示すように、例えばＣＶＤ法（化学気相堆積法）を用いて、半導体基板１１の裏面側の全面に、すなわち第１領域７および第２領域８に、真性半導体層２３を積層（製膜）する（真性半導体層形成工程）。
また、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の受光面側の全面に、真性半導体層１３（または、酸化アルミニウム層）、および光学調整層１５を積層（製膜）する。
【００３４】
次に、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の裏面側の全面に、すなわち第１領域７および第２領域８における真性半導体層２３上に、第１導電型半導体層２５を積層（製膜）する（第１半導体層形成工程）。
【００３５】
次に、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の裏面側の全面に、すなわち第１領域７および第２領域８における第１導電型半導体層２５上に、第２導電型半導体層材料膜３５Ｚを積層（製膜）する（第２半導体層材料膜形成工程）。
【００３６】
このように、ＣＶＤプロセスによって、半導体基板１１の裏面側に、真性半導体層２３、第１導電型半導体層２５、および第２導電型半導体層材料膜３５Ｚを一括製膜する。
【００３７】
次に、図３Ｂ〜図３Ｄに示すように、例えばレジスト９０を用いて、半導体基板１１の裏面側の第１領域７における第２導電型半導体層材料膜３５Ｚを除去することにより、半導体基板１１の裏面側の第２領域８に、パターン化された第２導電型半導体層３５を形成する（第２半導体層形成工程）。
【００３８】
具体的には、図３Ｂに示すように、フォトリソグラフィ法、スクリーン印刷法、インクジェット塗布法等を用いて、半導体基板１１の裏面側の第２領域８および受光面側の全面にレジスト９０を形成する。
【００３９】
その後、図３Ｃに示すように、レジスト９０をマスクとして、半導体基板１１の裏面側の第１領域７における第２導電型半導体層材料膜３５Ｚをエッチングし、半導体基板１１の裏面側の第２領域８に、パターン化された第２導電型半導体層３５を形成する。第１導電型半導体層材料膜に対するエッチング溶液としては、例えばアルカリ溶液が用いられる。
【００４０】
その後、図３Ｄに示すように、レジスト９０を除去する。レジスト９０に対する除去溶液としては、例えばアセトン等の有機溶剤が用いられる。
【００４１】
ここで、アルカリ溶液は、ｎ型半導体層に対してエッチングレートが大きく、ｐ型半導体層に対してエッチングレートが小さい。これにより、第１導電型半導体層２５のエッチング溶液に対するエッチングレートが、第２導電型半導体層３５のエッチング溶液に対するエッチングレートよりも小さくなる。
【００４２】
このように、ウエットプロセスにおいて、第１領域７における第２導電型半導体層材料膜のみを選択的にエッチングし、第１領域７に第１導電型半導体層２５を残す。
【００４３】
次に、半導体基板１１の裏面側に、第１電極層２７および第２電極層３７を形成する（電極層形成工程）。
具体的には、例えばスパッタリング法等のＰＶＤ法（物理気相成長法）を用いて、半導体基板１１の裏面側の全面に、透明電極層材料膜を積層（製膜）する。その後、例えばエッチングペーストを用いたエッチング法を用いて、透明電極層材料膜の一部を除去することにより、透明電極層のパターニングを行う。透明電極層材料膜に対するエッチング溶液としては、例えば塩酸または塩化第二鉄水溶液が用いられる。
その後、例えばパターン印刷法または塗布法を用いて、透明電極層上に金属電極層を形成することにより、第１電極層２７および第２電極層３７を形成する。
【００４４】
以上の工程により、図１および図２に示す本実施形態の裏面接合型の太陽電池１が得られる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の太陽電池１および太陽電池の製造方法によれば、ＣＶＤプロセスによって第１導電型半導体層２５および第２導電型半導体層材料膜を一括製膜した後、ウエットプロセスにおいて、第１領域７における第２導電型半導体層材料膜のみを選択的にエッチングし、第１領域７に第１導電型半導体層２５を残すことができる。これにより、特許文献１および２に記載の太陽電池の構成では２回必要であったＣＶＤプロセス回数が１回になり、更なる製造プロセスの簡略化、低コスト化が可能である。
【００４６】
また、ＣＶＤプロセスによる連続製膜であるので、第１導電型半導体層２５および第２導電型半導体層３５における界面抵抗が低減し、太陽電池の出力が向上する。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、図２に示すようにヘテロ接合型の太陽電池１の製造方法を例示したが、本発明の特徴は、ヘテロ接合型の太陽電池に限らず、ホモ接合型の太陽電池等の種々の太陽電池の製造方法に適用可能である。
【００４８】
また、上述した実施形態では、結晶シリコン基板を有する太陽電池を例示したが、これに限定されない。例えば、太陽電池は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板を有していてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  太陽電池
７  第１領域
７ｂ，８ｂ  バスバー部
７ｆ，８ｆ  フィンガー部
８  第２領域
１１  半導体基板
１３  真性半導体層（第２真性半導体層）
１５  光学調整層
２３  真性半導体層（第１真性半導体層）
２５  第１導電型半導体層
２７  第１電極層
３５  第２導電型半導体層
２５Ｚ  第２導電型半導体層材料膜
３７  第２電極層
９０  レジスト
【図１】
2020218000.tif 000003
【図２】
2020218000.tif 000004
【図３Ａ】
2020218000.tif 000005
【図３Ｂ】
2020218000.tif 000006
【図３Ｃ】
2020218000.tif 000007
【図３Ｄ】
2020218000.tif 000008
【国際調査報告】
2020218000.tif 000009
2020218000.tif 000010
2020218000.tif 000011
2020218000.tif 000012