CN110993740A - 用于制造太阳能电池的方法和太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例涉及用于制造太阳能电池的方法和太阳能电池。在此公开的方法包括:对硅晶片进行制绒处理;将经制绒的所述硅晶片放置在挥发性物质的水溶液中;将所述硅晶片提拉出所述挥发性物质的水溶液;以及将所述硅晶片干燥。还描述了利用该方法制造的太阳能电池。根据公开的各实施例,能够有效地减少硅晶片之间的粘片的发生,进而提高太阳能电池的成品率,并且降低生产成本。
Description
技术领域
本公开的实施例涉及光电技术领域,更具体地涉及用于制造太阳能电池的方法和太阳能电池。
背景技术
太阳能电池由于其清洁、安全、便利及高效等特点,已经成为全球未来新能源的主要配置。目前,钝化发射极和背面电池(PERC)技术已成为太阳能电池领域的主流技术。在PERC太阳能电池的制造中的第一道工序是制绒工序,用于将硅晶片绒面化,以提高硅晶片的陷光作用。
随着硅晶片尺寸越做越大,在制绒工序中、特别是在单晶硅制绒工序中出现粘片的情况越来越严重。这不仅影响制绒工序本身的良品率,而且也将影响后续工序中的良品率,从而影响太阳能电池的成品率。因此,需要一种改进方案来解决上述制绒工序中的粘片问题。
发明内容
总体上,本公开的实施例提供用于制造太阳能电池的方法和太阳能电池。
在本公开实施例的第一方面,提供一种用于制造太阳能电池的方法。该方法包括:对硅晶片进行制绒处理;将经制绒的所述硅晶片放置在挥发性物质的水溶液中;将所述硅晶片提拉出所述挥发性物质的水溶液;以及将所述硅晶片干燥。
在本公开实施例的第二方面,提供一种太阳能电池。该太阳能电池根据本公开实施例的第一方面的方法制造而成。
根据本公开实施例的方案,能够有效地减少硅晶片之间的粘片的发生,进而提高太阳能电池的成品率,并且降低生产成本。
应当理解,发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开实施例的关键或重要特征,亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明,本公开实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中,相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素,其中:
图1A至图1J示出了本公开实施例可在其中实施的示例太阳能电池的制造过程中的示意截面图;
图2示出了根据本公开一个实施例的制绒工序中的方法的示意流程图;
图3示出了根据本公开另一实施例的制绒工序中的方法的示意流程图;以及
图4示出了根据本公开又一实施例的制绒工序中的方法的示意流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中示出了本公开的一些实施例,然而应当理解的是,本公开可以通过各种形式来实现,而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例,相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是,本公开的附图及实施例仅用于示例性作用,并非用于限制本公开的保护范围。
在此使用的术语“包括”及其变形是开放性包括,即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”;术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
应理解,尽管本文可以使用术语“第一”和“第二”等来描述各种元件,但这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如,第一元件可以称为第二元件,同样,第二元件可以称为第一元件,而不脱离实施例的范围。如本文所用,术语“和/或”包括一个或多个所列术语的任何和所有组合。
图1A至图1J示出了本公开实施例可在其中实施的示例太阳能电池的制造过程100中的示意截面图。应理解到,图1A至图1J仅为示例,并且本公开实施例的方案也可以适用于其它合适的太阳能电池的制造中。
如图1A所示,制备原硅晶片101(以下也称为“硅基体”)。
如图1B所示,对原硅晶片101执行制绒工序,以将原硅晶片101的表面绒面化,从而形成绒面化结构102,以降低反射率。这里为了方便起见,仅示出了单面绒面化。但应理解到,实际上,双面绒面化的情形也是可行的。
如图1C所示,对绒面化的硅晶片101执行扩散工序,以在硅晶片101的表面形成p-n结103。在一些实现中,可以通过例如POCl3扩散来形成p-n结103。其它任意合适的扩散方式也是可行的。
如图1D所示,对扩散后的硅晶片101进行正面选择性发射极(SE)激光掺杂,以形成重掺杂区域104,用于后续正面电极的接触的形成。
如图1E所示,对经SE激光掺杂的硅晶片101执行刻蚀工序,以去除磷硅玻璃并且使背面抛光,如105所示。在一些实现中,可以通过例如湿法刻蚀来实现。其它任意合适的刻蚀方式也是可行的。
如图1F所示,对经刻蚀的硅晶片101执行退火工序,以修复损伤,并且在硅晶片101的正面形成氧化硅层106,用于抗电势诱导衰减(PID)效应。
如图1G所示,对硅晶片101的背表面执行背面镀膜工序,以在其上形成背钝化膜107。在一些实现中,可以通过PERC技术在硅片背面沉积氧化铝/氮化硅复合介质膜。利用氧化铝较高的电荷密度,起到不错的场效应钝化效果,从而可以显著提升电池的转换效率。
如图1H所示,对硅晶片101的正表面执行正面镀膜工序,以在其上形成减反膜108。例如,可以通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来形成该减反膜。在一些实现中,该减反膜可以为复合减反膜。
如图1I所示,对硅晶片101的背表面执行背面激光开槽工序,以在背钝化膜107中形成槽109。执行激光开槽,使得背电极和硅基体之间能够形成接触。
如图1J所示,对硅晶片101的正表面和背表面执行丝网印刷工序,以形成正面电极110和背电极111。例如,形成正面电极110可以包括在重掺杂区域104中形成银栅线,从而与p-n结103形成接触。例如,形成背电极111可以包括在槽109中形成铝栅线,从而与硅基体101形成接触。
发明人通过研究注意到,随着硅晶片尺寸越做越大,在制绒工序102中出现粘片的情况越来越严重。特别是在单晶硅制绒工序中,多个硅晶片以竖立方式并排放置在制绒花篮中,以通过碱溶液进行制绒处理。由于经过制绒处理后硅晶片表面上的液体残留,就会导致硅晶片之间出现粘片。随着硅晶片的尺寸变大,更容易出现粘片。进一步,由于粘片造成硅晶片带水,在后续扩散工序103上料时未被检出的情况下就会导致硅片带水烧伤,扩散均匀性差,污染石英舟,从而严重影响硅片扩散质量。
本公开的实施例提供一种改进方案,通过在制绒工序中的烘干处理之前,经由挥发性物质的水溶液对硅晶片进行清洗和脱水处理,从而减少硅晶片之间的粘片问题,进而提高太阳能电池的成品率,并且降低生产成本。下面结合图2对此进行详细描述。
图2示出了根据本公开一个实施例的制绒工序中的方法200的示意流程图。方法200可以在图1B的制绒工序中实施。应理解到,方法200也可以应用于其它合适的太阳能电池的制造中。
在框210,对硅晶片101进行制绒处理。在本公开的各个实施例中,可以通过本领域已知或未来开发的任意合适制绒方式来实现该制绒处理。本公开对此并不做任何限制。根据本公开的一些实施例适用于大尺寸的硅晶片101。例如,硅晶片101的尺寸可以在160mm至230mm的范围内。但应理解到,硅晶片101可以具有更小或更大的尺寸。本公开对此并不做任何限制。
在框220,将经制绒的硅晶片101放置在挥发性物质的水溶液中。借助于挥发性物质的水溶液的挥发性,可以有效地减少硅晶片101上水的残留,有助于硅晶片101的烘干。此外,能够使得硅晶片101上的表面张力降低,有助于避免水珠在硅晶片101表面的形成,这样能够有效避免硅晶片101间因水珠而贴在一起。
在备选实施例中,还可以使用挥发性物质的水溶液来溶解硅晶片101的表面上的污染物。换言之,除了挥发性之外,挥发性物质的水溶液还可以对于该污染物具有溶解性。由此,能够进一步去除硅晶片101表面上的污染物,从而进一步增强清洗作用。
在本公开的一些实施例中,可以将经制绒的硅晶片101放置在添加有挥发性物质的水溶液的慢提拉装置中。例如,可以将硅晶片101放置在添加有挥发性物质的水溶液的慢提拉槽中。应理解到,也可以使用其它慢提拉装置或用于执行清洗和脱水的其它装置,本申请对此并不作限制。
在本公开的一些实施例中,可以将硅晶片101放置在包括乙醇和异丙醇中的至少一种物质的水溶液中。例如,在一些实施例中,可以将硅晶片101放置在乙醇溶液中。在一些实施例中,可以将硅晶片101放置在异丙醇溶液中。在一些实施例中,可以将硅晶片101放置在乙醇溶液和异丙醇溶液的混合溶液中。
与具有挥发性的其它醇类溶液相比,乙醇溶液和异丙醇溶液的毒性小,从而操作简便。此外,与其它醇类溶液相比,乙醇溶液和异丙醇溶液的成本低,从而使得太阳能电池的生产成本低。但应理解到,在本公开的附加或备选实施例中,也可以将硅晶片101放置在其它挥发性物质的水溶液中,例如具有挥发性的其它醇类溶液。由此同样可以通过低表面张力,有效减少硅晶片上水的残留,有助于硅晶片的烘干。
在另外一些附加或备选实施例中,也可以将硅晶片101放置在其它挥发性物质的水溶液中,例如兼具挥发性和溶解性的其它醇类溶液。由此,除了可以通过低表面张力有效减少硅晶片上水的残留,有助于硅晶片的烘干之外,同样可以进一步去除硅晶片表面上的污染物。
继续参考图2,在框230,将硅晶片101提拉出挥发性物质的水溶液。在本公开的一些实施例中,可以以低于预定值的速度将硅晶片101提拉出挥发性物质的水溶液。在本文中也可以将其称为慢提拉操作。通过慢提拉操作,可以实现对经制绒的硅晶片101的表面清洗和脱水作用。在本公开的一些实施例中,预定值的速度可以在3mm/s至30mm/s的范围内。但应理解到,预定值可以根据经验任意设定,而不限于上述具体示例。
在本公开的一些实施例中,可以通过慢提拉装置例如慢提拉槽来实施慢提拉操作。在一些实施例中,可以在不同的位置中以不同的速度来提拉硅晶片101。在一些备选实施例中,可以匀速提拉硅晶片101。应理解到,本公开实施例对提拉的实施并不做特别限制。
在框240,将硅晶片101干燥。根据本公开的一些实施例,可以通过一定温度下的气体对硅晶片101进行预定时间段的烘干处理。例如,可以使用温度在70℃至100℃的范围内的气体(例如热风)烘干所述硅晶片达300秒至500秒之间的时间段。
应理解到,图2的处理并不限于图2所示的示例,而是还可以包括其它附加或备选的处理。此外,它们的实施也不限于上述具体示例,而是可以以任意合适的方式实施,只要实现上述功能即可。为了便于理解,下面结合图3和图4进行更详细的描述。
图3示出了根据本公开另一实施例的制绒工序中的方法300的示意流程图,以及图4示出了根据本公开又一实施例的制绒工序中的方法400的示意流程图。方法300和400都可以在图1B的制绒工序中实施。应理解到,方法300和400也可以应用于其它合适的太阳能电池的制造中。与图2相比,图3和图4示出了制绒工序中的更多细节。下面结合图3描述其中在乙醇溶液中执行慢提拉操作的制绒工序的第一实施例,并且结合图4描述其中在异丙醇溶液中执行慢提拉操作的制绒工序的第二实施例。
图3示出了使用乙醇溶液的实施例。在框301,对原始硅晶片101进行粗抛处理。在一些实施例中,原始硅晶片101可以为P型硅。在一些备选实施例中,原始硅晶片可以为N型硅。在一些实施例中,原始硅晶片101可以是单晶硅。在一些备选实施例中,原始硅晶片101可以为多晶硅。本申请对此并不做任何限制。为方便起见,下面以原始硅晶片101为P型大尺寸单晶硅为例进行描述。
在一些实施例中,可以将硅晶片101放置于KOH浓度为2%至10%、温度为60℃至80℃的溶液中反应130s至250s以抛光,使得粗抛后的减重控制在0.15g至0.4g之间。应理解到,本申请并不限于这些具体示例,其它任意合适的粗抛处理也是可行的。需要说明的是,在本文中提及的浓度为体积比浓度。
在框302,对经粗抛处理的硅晶片101进行预清洗处理。在一些实施例中,例如可以使用KOH和H2O2溶液对粗抛后的硅晶片101进行清洗,以去除硅晶片101表面的污染物。例如,KOH浓度可以控制在0.3%至1.5%,H2O2浓度可以控制在0.5%至3%,溶液温度可以控制在50℃至70℃,反应时间可以控制在150s至300s。应理解到,本申请并不限于这些具体示例,其它任意合适的预清洗处理也是可行的。
在框303,对经预清洗处理的硅晶片101进行水洗处理。在一些实施例中,可以通过常温水来执行水洗处理。应理解到,本申请并不限于该具体示例,其它任意合适的水洗处理也是可行的。
在框304,对经水洗处理的硅晶片101进行制绒处理。在一些实施例中,可以将硅晶片101放置于KOH质量比为1.5%至3%、温度为75℃至85℃的制绒槽中进行制绒。例如,制绒时间可以为300s至500s,减重控制在0.2g至0.6g,绒面表面的反射率控制在8%至15%。应理解到,本申请并不限于这些具体示例,其它任意合适的制绒处理也是可行的。
在框305,对经制绒处理的硅晶片101进行水洗处理。在一些实施例中,可以通过常温水来执行水洗处理。应理解到,本申请并不限于该具体示例,其它任意合适的水洗处理也是可行的。
在框306,对制绒后经水洗处理的硅晶片101执行碱洗处理。在一些实施例中,可以使用KOH和H2O2溶液对硅晶片101进行清洗,以去除硅晶片101表面上的污染物。例如,KOH浓度可以控制在0.3%至1.5%,H2O2浓度可以控制在0.5%至3%,溶液温度可以控制在50℃至70℃,反应时间可以控制在150s至300s。应理解到,本申请并不限于该具体示例,其它任意合适的碱洗处理也是可行的。
在框307,对经碱洗处理的硅晶片101执行水洗处理。在一些实施例中,可以通过常温水来执行水洗处理。应理解到,本申请并不限于该具体示例,其它任意合适的水洗处理也是可行的。
在框308,对经水洗处理的硅晶片101执行酸洗处理。在一些实施例中,可以使用HF和HCl对硅晶片101进行清洗,以去除硅晶片101表面上的氧化物,形成疏水面,以利于烘干。应理解到,本申请并不限于该具体示例,其它任意合适的酸洗处理也是可行的。
在框309,对经酸洗处理的硅晶片101进行慢提拉操作。在本实施例中,利用乙醇溶液对硅晶片101进行清洗,以去除表面液体残留,减小溶液张力,避免硅晶片之间的贴片。例如,乙醇浓度可以控制在1%至10%,溶液温度可以控制在40℃至65℃,时间可以控制在3分钟至7分钟。应理解到,本申请并不限于该具体示例,使用其它任意合适的挥发性物质的水溶液执行慢提拉处理也是可行的。
在框310,对经慢提拉操作的硅晶片101进行烘干处理。在一些实施例中,利用热风对硅晶片101进行烘干。例如,热风的温度可以控制在70℃至100℃,时间可以控制在300s至500s。应理解到,本申请并不限于该具体示例,其它任意合适的烘干处理也是可行的。
至此可以完成图1B的制绒工序,并且可以进入图1C至图1J的后续工序。
作为常规技术的对比例,通过温度在50℃至75℃的范围内的纯水来执行慢提拉操作。表1示出了通过本实施例的方法和通过对比例的方法所制造的单晶PERC太阳能电池之间的数据比较。由表1可知,本实施例制得的单晶PERC太阳能电池的良品率明显优于对比例制得的单晶PERC太阳能电池的良品率,并且本实施例的生产良品率增益在0.03%以上。
表1:本实施例和对比例制造的单晶PERC太阳能电池的比较
可见,通过借助于乙醇溶液对经制绒的硅晶片进行清洗和脱水,可以有效降低液体表面张力,有助于避免水珠在硅晶片表面上的形成,从而有利于烘干和避免粘片,进而提高太阳能电池的良品率并且降低生产成本。此外,可以很好地去除硅晶片表面上残留的污染物,从而进一步提高太阳能电池的良品率和进一步降低生产成本。
图4示出了使用异丙醇溶液的实施例。参考图4,在框401,对原始硅晶片101进行粗抛处理。在一些实施例中,原始硅晶片101可以为P型硅。在一些备选实施例中,原始硅晶片可以为N型硅。在一些实施例中,原始硅晶片101可以是单晶硅。在一些备选实施例中,原始硅晶片101可以为多晶硅。本申请对此并不做任何限制。为方便起见,下面以原始硅晶片101为P型大尺寸单晶硅为例进行描述。
在一些实施例中,可以将硅晶片101放置于KOH浓度为1.5%至8%、温度为65℃至80℃的溶液中反应120s至260s以抛光,使得粗抛后的减重控制在0.2g至0.4g之间。应理解到,本申请并不限于这些具体示例,其它任意合适的粗抛处理也是可行的。
在框402,对经粗抛处理的硅晶片101进行预清洗处理。在一些实施例中,例如可以使用KOH和H2O2溶液对粗抛后的硅晶片101进行清洗,以去除硅晶片101表面的污染物。例如,KOH浓度可以控制在0.5%至1.5%,H2O2浓度可以控制在0.5%至2%,溶液温度可以控制在55℃至75℃,反应时间可以控制在130s至310s。应理解到,本申请并不限于这些具体示例,其它任意合适的预清洗处理也是可行的。
在框403,对经预清洗处理的硅晶片101进行水洗处理。在一些实施例中,可以通过常温水来执行水洗处理。应理解到,本申请并不限于该具体示例,其它任意合适的水洗处理也是可行的。
在框404,对经水洗处理的硅晶片101进行制绒处理。在一些实施例中,可以将硅晶片101放置于KOH质量比为2%至4%、温度为70℃至88℃的制绒槽中进行制绒。例如,制绒时间可以为320s至550s,减重控制在0.25g至0.55g,绒面表面的反射率控制在8%至13%。应理解到,本申请并不限于这些具体示例,其它任意合适的制绒处理也是可行的。
在框405,对经制绒处理的硅晶片101进行水洗处理。在一些实施例中,可以通过常温水来执行水洗处理。应理解到,本申请并不限于该具体示例,其它任意合适的水洗处理也是可行的。
在框406,对制绒后经水洗处理的硅晶片101执行碱洗处理。在一些实施例中,可以使用KOH和H2O2溶液对硅晶片101进行清洗,以去除硅晶片101表面上的污染物。例如,KOH浓度可以控制在0.5%至1.5%,H2O2浓度可以控制在0.5%至2%,溶液温度可以控制在55℃至75℃,反应时间可以控制在130s至300s。应理解到,本申请并不限于该具体示例,其它任意合适的碱洗处理也是可行的。
在框407,对经碱洗处理的硅晶片101执行水洗处理。在一些实施例中,可以通过常温水来执行水洗处理。应理解到,本申请并不限于该具体示例,其它任意合适的水洗处理也是可行的。
在框408,对经水洗处理的硅晶片101执行酸洗处理。在一些实施例中,可以使用HF和HCl对硅晶片101进行清洗,以去除硅晶片101表面上的氧化物,形成疏水面,以利于烘干。应理解到,本申请并不限于该具体示例,其它任意合适的酸洗处理也是可行的。
在框409,对经酸洗处理的硅晶片101进行慢提拉操作。在本实施例中,利用异丙醇溶液对硅晶片101进行清洗,以去除表面液体残留,减小溶液张力,避免硅晶片之间的贴片。例如,异丙醇浓度可以控制在0.5%至7%,溶液温度可以控制在35℃至60℃,时间可以控制在3.5分钟至7分钟。应理解到,本申请并不限于该具体示例,使用其它任意合适的挥发性物质的水溶液执行慢提拉处理也是可行的。
在框410,对经慢提拉操作的硅晶片101进行烘干处理。在一些实施例中,利用热风对硅晶片101进行烘干。例如,热风的温度可以控制在75℃至100℃,时间可以控制在300s至500s。应理解到,本申请并不限于该具体示例,其它任意合适的烘干处理也是可行的。
至此可以完成图1B的制绒工序,并且可以进入图1C至图1I的后续工序。
作为常规技术的对比例,通过温度在50℃至75℃的范围内的纯水来执行慢提拉操作。表2示出了通过本实施例的方法和通过对比例的方法所制造的单晶PERC太阳能电池之间的参数比较。由表1可知,本实施例制得的单晶PERC太阳能电池的良品率明显优于对比例制得的单晶PERC太阳能电池的良品率,并且本实施例的生产良品率增益在0.05%以上。
表2:本实施例和对比例制造的单晶PERC太阳能电池的比较
可见,通过借助于异丙醇溶液对经制绒的硅晶片进行清洗和脱水,同样可以有效降低液体表面张力,有助于避免水珠在硅晶片表面上的形成,从而有利于烘干和避免粘片,进而提高太阳能电池的良品率并且降低生产成本。此外,可以很好地去除硅晶片表面上残留的污染物,从而进一步提高太阳能电池的良品率和进一步降低生产成本。
尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题,但是应当理解,所附权利要求中限定的主题并不限于上文描述的特定特征或动作。相反,上文描述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而被公开的。
应理解到,对于本领域技术人员而言,在不脱离本公开原理的前提下,还可以进行各种修改和变型,这些修改和变型应视为落入本公开的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于制造太阳能电池的方法,包括:
对硅晶片进行制绒处理;
将经制绒的所述硅晶片放置在挥发性物质的水溶液中;
将所述硅晶片提拉出所述挥发性物质的水溶液;以及
将所述硅晶片干燥。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括:
使用所述挥发性物质的水溶液来溶解所述硅晶片的表面上的污染物。
3.根据权利要求1所述的方法,其中将所述硅晶片放置在所述挥发性物质的水溶液中包括:将所述硅晶片放置在添加有所述挥发性物质的水溶液的慢提拉槽中,以及
其中将所述硅晶片提拉出所述挥发性物质的水溶液包括:以低于预定值的速度将所述硅晶片提拉出所述挥发性物质的水溶液。
4.根据权利要求1所述的方法,其中将经制绒的所述硅晶片放置在所述挥发性物质的水溶液中包括:将经制绒的所述硅晶片放置在包括乙醇和异丙醇中的至少一种物质的水溶液中。
5.根据权利要求1所述的方法,其中将经制绒的所述硅晶片放置在所述挥发性物质的水溶液中包括:将经制绒的所述硅晶片放置在包括浓度在体积比为1%至10%的范围中的乙醇溶液中。
6.根据权利要求5所述的方法,其中将经制绒的所述硅晶片放置在所述乙醇溶液中包括:将经制绒的所述硅晶片放置在温度在40℃至65℃的范围内的乙醇溶液中,以及
其中将所述硅晶片提拉出所述溶液包括:使所述硅晶片在所述乙醇溶液中的时间被控制在3分钟至7分钟的范围内。
7.根据权利要求1所述的方法,其中将经制绒的所述硅晶片放置在所述挥发性物质的水溶液中包括:将经制绒的所述硅晶片放置在包括浓度在体积比为0.5%至7%的范围中的异丙醇溶液中。
8.根据权利要求7所述的方法,其中将经制绒的所述硅晶片放置在所述异丙醇溶液中包括:将经制绒的所述硅晶片放置在温度在35℃至60℃的范围内的异丙醇溶液中,以及
其中将所述硅晶片提拉出所述挥发性物质的水溶液包括:使所述硅晶片在所述异丙醇溶液中的时间被控制在3.5分钟至7分钟的范围内。
9.根据权利要求1所述的方法,其中将所述硅晶片干燥包括:
使用温度在70℃至100℃的范围内的气体烘干所述硅晶片达300秒至500秒之间的时间段。
10.一种太阳能电池,根据权利要求1-9中任一项所述的方法制造而成。
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