JPH0536997A - 光起電力装置 - Google Patents
光起電力装置Info
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- JPH0536997A JPH0536997A JP3210208A JP21020891A JPH0536997A JP H0536997 A JPH0536997 A JP H0536997A JP 3210208 A JP3210208 A JP 3210208A JP 21020891 A JP21020891 A JP 21020891A JP H0536997 A JPH0536997 A JP H0536997A
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- main surface
- semiconductor material
- photovoltaic device
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明の目的は、製造が容易で且つ効率の
良い光起電力装置を提供することにある。 【構成】 この発明の光起電力装置は、絶縁性薄膜10
と、絶縁性薄膜10を貫通するように嵌合された球状の
p型半導体材料12と、絶縁性薄膜の一主面側の半導体
材料12の表面にn型半導体不純物を拡散させることに
よって設けられたn型拡散層13と、主面側の絶縁性薄
膜10及び半導体材料12の各表面が被われるように形
成された透光性の電極14と、絶縁性薄膜10の他主面
に形成された電極15と、で構成される。
良い光起電力装置を提供することにある。 【構成】 この発明の光起電力装置は、絶縁性薄膜10
と、絶縁性薄膜10を貫通するように嵌合された球状の
p型半導体材料12と、絶縁性薄膜の一主面側の半導体
材料12の表面にn型半導体不純物を拡散させることに
よって設けられたn型拡散層13と、主面側の絶縁性薄
膜10及び半導体材料12の各表面が被われるように形
成された透光性の電極14と、絶縁性薄膜10の他主面
に形成された電極15と、で構成される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光起電力装置に関す
る。
る。
【0002】
【従来の技術】半導体接合を備える非品質シリコン系の
半導体層を光活性層とする光起電力装置が知られてい
る。その基本構成は透光性の基板上に、透明導電膜、半
導体光活性層、背面電極層をこの順序に積層している。
半導体層を光活性層とする光起電力装置が知られてい
る。その基本構成は透光性の基板上に、透明導電膜、半
導体光活性層、背面電極層をこの順序に積層している。
【0003】上記積層型光起電力とは異なったタイプの
光起電力装置が米国特許第4,917,752号に提案
されている。この光起電力装置は直径1mm以下のp型
シリコン粒の表面にn型不純物を拡散してp/n接合を
形成する。このp/n接合を形成したシリコン粒を一方
の電極となるアルミニュウム薄膜に設けた孔部に埋め込
み、そして、n型不純物を一部除去した領域を他方の電
極と接合するように構成されている。
光起電力装置が米国特許第4,917,752号に提案
されている。この光起電力装置は直径1mm以下のp型
シリコン粒の表面にn型不純物を拡散してp/n接合を
形成する。このp/n接合を形成したシリコン粒を一方
の電極となるアルミニュウム薄膜に設けた孔部に埋め込
み、そして、n型不純物を一部除去した領域を他方の電
極と接合するように構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上述した
積層型の光起電力装置とは異なるタイプの光起電力装置
において、製造が容易で且つ効率の良い光起電力装置を
提供することをその課題とする。
積層型の光起電力装置とは異なるタイプの光起電力装置
において、製造が容易で且つ効率の良い光起電力装置を
提供することをその課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の第1の発明に
係る光起電力装置は、絶縁性薄膜と、前記絶縁性薄膜を
貫通するように嵌合された球状の一導電型半導体材料
と、前記絶縁性薄膜の一主面側の前記半導体材料の表面
に他導電型半導体不純物を拡散させることによって設け
られた半導体接合と、前記主面側の前記絶縁性薄膜及び
前記半導体材料の各表面が被われるように形成された透
光性の電極と、前記絶縁性薄膜の他主面に形成された他
の電極と、からなることを特徴とする。
係る光起電力装置は、絶縁性薄膜と、前記絶縁性薄膜を
貫通するように嵌合された球状の一導電型半導体材料
と、前記絶縁性薄膜の一主面側の前記半導体材料の表面
に他導電型半導体不純物を拡散させることによって設け
られた半導体接合と、前記主面側の前記絶縁性薄膜及び
前記半導体材料の各表面が被われるように形成された透
光性の電極と、前記絶縁性薄膜の他主面に形成された他
の電極と、からなることを特徴とする。
【0006】この発明の第2の発明に係る光起電力装置
は、金属膜からなる電極と、該電極を貫通し且つ前記電
極との接触部並びに該電極の一主面側にある表面に沿っ
て形成された半導体接合を具備する半導体材料と、前記
電極の他主面及び該他主面側に露出した前記半導体材料
の周辺部を被う絶縁膜、を備えた光起電力装置におい
て、前記半導体材料の前記他主面側であって、前記絶縁
膜に被われていない部分の掘削による開口部に電極を形
成せしめたことを特徴とする。
は、金属膜からなる電極と、該電極を貫通し且つ前記電
極との接触部並びに該電極の一主面側にある表面に沿っ
て形成された半導体接合を具備する半導体材料と、前記
電極の他主面及び該他主面側に露出した前記半導体材料
の周辺部を被う絶縁膜、を備えた光起電力装置におい
て、前記半導体材料の前記他主面側であって、前記絶縁
膜に被われていない部分の掘削による開口部に電極を形
成せしめたことを特徴とする。
【0007】この発明の第3の発明に係る光起電力装置
は、球状の一導電型半導体材料の表面に、他導電型半導
体材料を少なくとも1つ以上配置することにより、夫々
の配置部で半導体接合を具備せしめたことを特徴とす
る。
は、球状の一導電型半導体材料の表面に、他導電型半導
体材料を少なくとも1つ以上配置することにより、夫々
の配置部で半導体接合を具備せしめたことを特徴とす
る。
【0008】この発明の第4の発明に係る光起電力装置
は、多角錐の形状を有する一導電型半導体材料と、該半
導体材料の底面に被着された金属からなる電極と、前記
底面以外の少なくとも1つの主面に他導電型決定不純物
を拡散することによって該主面に並行な接合面を有する
半導体接合と、前記多角錐の頂点の内前記底面に対して
垂直線上にある頂点によって貫通されるように嵌着さ
れ、且つ前記主面と電気的接続をなす金属膜とからなる
電極と、を備えたことを特徴とする。
は、多角錐の形状を有する一導電型半導体材料と、該半
導体材料の底面に被着された金属からなる電極と、前記
底面以外の少なくとも1つの主面に他導電型決定不純物
を拡散することによって該主面に並行な接合面を有する
半導体接合と、前記多角錐の頂点の内前記底面に対して
垂直線上にある頂点によって貫通されるように嵌着さ
れ、且つ前記主面と電気的接続をなす金属膜とからなる
電極と、を備えたことを特徴とする。
【0009】
【作用】第1の発明の光起電力装置によれば、p/n接
合を低温で形成できると共に、透光性の電極を反射防止
膜として利用することができる。
合を低温で形成できると共に、透光性の電極を反射防止
膜として利用することができる。
【0010】第2の発明によれば、掘削による開口部に
電極を設けることにより、キャリアの収集が促進され、
変換効率が向上する。
電極を設けることにより、キャリアの収集が促進され、
変換効率が向上する。
【0011】第3の発明によれば、2種類のシリコン粒
を用意するだけで、極めて簡単にp/n接合を形成する
ことができる。
を用意するだけで、極めて簡単にp/n接合を形成する
ことができる。
【0012】第4の発明によれば、光が全て斜め方向か
ら入射されるので、いわゆるテキスチャ効果により、変
換効率が向上する。
ら入射されるので、いわゆるテキスチャ効果により、変
換効率が向上する。
【0013】
【実施例】以下、この発明の実施例につき図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【0014】まず、第1の発明の実施例を図1の工程図
に従い説明する。
に従い説明する。
【0015】図1(イ)に示すように、ポリイミドフイル
ム等の膜厚100μmの絶縁性薄膜基板10にシリコン
粒の直径に相当する直径400μmの穴11を設ける。
ム等の膜厚100μmの絶縁性薄膜基板10にシリコン
粒の直径に相当する直径400μmの穴11を設ける。
【0016】続いて、図1(ロ)に示すように、その穴
11に粒状のp型単結晶シリコン12を嵌め込む。そし
て、n型層13を主面側に設け、p/n接合を形成す
る。
11に粒状のp型単結晶シリコン12を嵌め込む。そし
て、n型層13を主面側に設け、p/n接合を形成す
る。
【0017】このn型層の形成は、例えばプラズマCV
D法により、1%PH3をドープして、膜厚60Åのn
型非晶質シリコンを形成したり、また、PH3(1%)
/H2混合ガス中で13.56MH2プラズマ励起を10
分行うことにより形成することができる。尚、この時の
基板温度は250℃、パワー密度は30mW/cm2、圧
力0.1Torrである。
D法により、1%PH3をドープして、膜厚60Åのn
型非晶質シリコンを形成したり、また、PH3(1%)
/H2混合ガス中で13.56MH2プラズマ励起を10
分行うことにより形成することができる。尚、この時の
基板温度は250℃、パワー密度は30mW/cm2、圧
力0.1Torrである。
【0018】その後、図1(ハ)に示すように、主面側
にスパッタ法により、膜厚800ÅのITOからなる透
明電極14を裏面側に蒸着法によりアルミニウム(A
l)からなる膜厚5000Åの金属電極15を形成する
ことにより、第1の発明に係る光起電力装置が得られ
る。
にスパッタ法により、膜厚800ÅのITOからなる透
明電極14を裏面側に蒸着法によりアルミニウム(A
l)からなる膜厚5000Åの金属電極15を形成する
ことにより、第1の発明に係る光起電力装置が得られ
る。
【0019】このように、この第1の発明の光起電力装
置によれば、低温プロセスでp/n接合が形成できると
共に、ITOが反射防止機能を有するので、別途反射防
止膜を形成する必要がない。
置によれば、低温プロセスでp/n接合が形成できると
共に、ITOが反射防止機能を有するので、別途反射防
止膜を形成する必要がない。
【0020】次に、第2の発明の実施例を図2の工程図
に従い説明する。図2(イ)に示すように、アルミニウ
ムホイルからなる膜厚1/20mm程度の金属膜20にシ
リコン粒の直径に相当する直径400μmの穴21を設
ける。
に従い説明する。図2(イ)に示すように、アルミニウ
ムホイルからなる膜厚1/20mm程度の金属膜20にシ
リコン粒の直径に相当する直径400μmの穴21を設
ける。
【0021】次に、図2(ロ)に示すように、p/n接
合が形成された粒状のシリコン粒22、すなわち、p型
シリコン単結晶粒22a等により表面にn型層22bを
形成したシリコン粒22を穴21に嵌め込む。
合が形成された粒状のシリコン粒22、すなわち、p型
シリコン単結晶粒22a等により表面にn型層22bを
形成したシリコン粒22を穴21に嵌め込む。
【0022】その後、図2(ハ)に示すように、金属膜
20の他主面、すなわち下方に露出したn型層22bを
ドライエッチングにより選択的に除去する。
20の他主面、すなわち下方に露出したn型層22bを
ドライエッチングにより選択的に除去する。
【0023】続いて、図2(ニ)に示すように、シリコ
ン粒22を含め金属膜20下面全面に、SiO2からな
る膜厚1000Åの絶縁膜23を常圧CVD法等により
形成する。
ン粒22を含め金属膜20下面全面に、SiO2からな
る膜厚1000Åの絶縁膜23を常圧CVD法等により
形成する。
【0024】然る後、図2(ホ)に示すように、シリコ
ン粒22の他主面の絶縁膜23を機械的に除去し、最大
φ100μmのp型層22を露出せしめる。
ン粒22の他主面の絶縁膜23を機械的に除去し、最大
φ100μmのp型層22を露出せしめる。
【0025】次に、図2(ヘ)に示すように、このp型
層22の露出面に、例えば出力1000mJ/cm2、ビ
ーム径φ50μmエキシマレーザを照射し、粒の中心位
置まで達する穴24を形成する。
層22の露出面に、例えば出力1000mJ/cm2、ビ
ーム径φ50μmエキシマレーザを照射し、粒の中心位
置まで達する穴24を形成する。
【0026】そして、図2(ト)に示すように、この穴
24に金属母体がp型シリコン粒の場合、シリコンに対
し、p型となるアルミニウム(Al)25を蒸着により
封入し、その後、裏面全体にアルミニウム(Al)薄膜
26を固着して、第2の発明に係る光起電力が得られ
る。
24に金属母体がp型シリコン粒の場合、シリコンに対
し、p型となるアルミニウム(Al)25を蒸着により
封入し、その後、裏面全体にアルミニウム(Al)薄膜
26を固着して、第2の発明に係る光起電力が得られ
る。
【0027】このように、この第2の発明によれば、封
入したアルミニュウム25により粒内でのキャリアの収
集が促進され、変換効率が向上する。
入したアルミニュウム25により粒内でのキャリアの収
集が促進され、変換効率が向上する。
【0028】次に第3の発明の実施例につき、図3に従
い説明する。2種類の球形シリコン粒、例えば、高抵抗
p層からなるシリコン粒31と低抵抗n層からなるシリ
コン粒32を形成し、これらを接合して、半導体pn接
合を形成する。
い説明する。2種類の球形シリコン粒、例えば、高抵抗
p層からなるシリコン粒31と低抵抗n層からなるシリ
コン粒32を形成し、これらを接合して、半導体pn接
合を形成する。
【0029】2種類の球形シリコン粒31、32の大き
さは、低抵抗のシリコン粒32の粒径を高抵抗のシリコ
ン粒31の粒径よりも小さくする。この2種類の粒径の
比は1/10以下である。
さは、低抵抗のシリコン粒32の粒径を高抵抗のシリコ
ン粒31の粒径よりも小さくする。この2種類の粒径の
比は1/10以下である。
【0030】2種類のシリコン粒31、32により接合
形成した後、これを薄い酸化膜34を形成した金属箔3
3上にのせて裏面よりスポット状に熱照射して、金属箔
33の金属をシリコン粒31に浸透させて一方の電極を
形成する。
形成した後、これを薄い酸化膜34を形成した金属箔3
3上にのせて裏面よりスポット状に熱照射して、金属箔
33の金属をシリコン粒31に浸透させて一方の電極を
形成する。
【0031】もう一つの導電型を持つ粒径の小さい球形
シリコン粒32への電極形成は、粒径の小さい球形シリ
コン粒31の付いている側にまず薄い酸化膜を形成し、
この上に透明導電膜35を形成し、熱アニールにより電
極を形成する。
シリコン粒32への電極形成は、粒径の小さい球形シリ
コン粒31の付いている側にまず薄い酸化膜を形成し、
この上に透明導電膜35を形成し、熱アニールにより電
極を形成する。
【0032】さらに表面保護膜、酸化膜または保護樹脂
膜を形成することにより第3の発明に係る光起電力装置
が得られる。
膜を形成することにより第3の発明に係る光起電力装置
が得られる。
【0033】次に、この第3の発明の具体例につき更に
説明する。まず、シリコンを粉砕して、所望のシリコン
粒を形成する。
説明する。まず、シリコンを粉砕して、所望のシリコン
粒を形成する。
【0034】H2雰囲気にて1300℃〜1400℃の
熱処理を施して形を整える。作製したバルク比抵抗値
0.1〜1.0Ω・cm、粒径1mm程度のp型シリコン粒
31をセラミックトレイ上に1粒子層状に配列する。
熱処理を施して形を整える。作製したバルク比抵抗値
0.1〜1.0Ω・cm、粒径1mm程度のp型シリコン粒
31をセラミックトレイ上に1粒子層状に配列する。
【0035】この上に、バルク比抵抗値0.01〜0.
006Ω・cm、粒径10μm程度のn型シリコン粒32
を数粒子層状に配列する。
006Ω・cm、粒径10μm程度のn型シリコン粒32
を数粒子層状に配列する。
【0036】大粒子と小粒子の2層構造配列された状態
で、これを1300〜1400℃でゾーンアニールを行
い、2種類のシリコン粒の接着及び接合形成を行う。上
記の接合形成された粒子を、100〜200Åの膜厚酸
化物薄膜と金属箔の2層からなる、シートの上に配列し
軽く圧着する。
で、これを1300〜1400℃でゾーンアニールを行
い、2種類のシリコン粒の接着及び接合形成を行う。上
記の接合形成された粒子を、100〜200Åの膜厚酸
化物薄膜と金属箔の2層からなる、シートの上に配列し
軽く圧着する。
【0037】裏面側から、粒子と金属薄膜との接着部に
レーザ照射し、粒子部分に金属を溶融浸透させる。
レーザ照射し、粒子部分に金属を溶融浸透させる。
【0038】表面側に薄50〜100Åの膜厚酸化膜を
形成し、さらに透明導電性薄膜(ITO)を積層形成す
る。
形成し、さらに透明導電性薄膜(ITO)を積層形成す
る。
【0039】以上に示す作製法により作製した太陽電池
の特性を表1に示す。
の特性を表1に示す。
【0040】
【表1】
AM1.5 100mW/cm2照射
【0041】次に第4の発明の実施例につき、図4ない
し図6を参照して説明する。この第4の発明において
は、図4に示すように、正四面体または三角錐からなる
シリコン素子を用いる。この正四面体のシリコン素子は
底辺が0.1〜10mm程度で次のようにして形成され
る。
し図6を参照して説明する。この第4の発明において
は、図4に示すように、正四面体または三角錐からなる
シリコン素子を用いる。この正四面体のシリコン素子は
底辺が0.1〜10mm程度で次のようにして形成され
る。
【0042】例えば、型によりシリコンを溶融し凝固さ
せる方法、また本任意の形状の大きさ0.1〜10mm程
度シリコン粒末をNaOH、KOH等により85℃の温
度で異方性エッチングにより形成する方法などがある。
せる方法、また本任意の形状の大きさ0.1〜10mm程
度シリコン粒末をNaOH、KOH等により85℃の温
度で異方性エッチングにより形成する方法などがある。
【0043】更に、アルミナのような漏れ性の悪い基板
を用いて、Sn融液を用いた液相成長を行なうと、基板
状に多数の四面体のシリコンを形成することもできる。
を用いて、Sn融液を用いた液相成長を行なうと、基板
状に多数の四面体のシリコンを形成することもできる。
【0044】図5に示すように、このようにして形成さ
れた正四面体からなる例えばp型シリコンブロック42
の底面以外の主面にn型不純物が拡散されたn型層41
が形成され、この主面に並行な接合面を有するp/n接
合が形成される。そして、シリコンブロック40の底面
に対して垂直線上に頂点より貫通して金属膜42が設け
られ、シリコンブロック40のn型層41と金属膜42
と電気的接続がとられる。
れた正四面体からなる例えばp型シリコンブロック42
の底面以外の主面にn型不純物が拡散されたn型層41
が形成され、この主面に並行な接合面を有するp/n接
合が形成される。そして、シリコンブロック40の底面
に対して垂直線上に頂点より貫通して金属膜42が設け
られ、シリコンブロック40のn型層41と金属膜42
と電気的接続がとられる。
【0045】また、シリコンブロック40の底面には絶
縁層42を介して、金属電極44が設けられ、シリコン
ブロック40のp層と金属電極44との電気的接続がと
られている。
縁層42を介して、金属電極44が設けられ、シリコン
ブロック40のp層と金属電極44との電気的接続がと
られている。
【0046】このように形成することで、光は図5に示
すように、全て斜め方向から入射されるので、いわゆる
テキスチャ効果により、変換効率が向上する。
すように、全て斜め方向から入射されるので、いわゆる
テキスチャ効果により、変換効率が向上する。
【0046】尚、上記実施例は、図面体のシリコンブロ
ックについて説明したが、図6に示すように三角柱のシ
リコンブロックでも構成することができる。
ックについて説明したが、図6に示すように三角柱のシ
リコンブロックでも構成することができる。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、第1の発明の光起
電力装置によれば、p/n接合を低温で形成できると共
に、透光性の電極を反射防止膜として利用することがで
き、構造が簡単で且つ製造の容易な光起電力装置を提供
できる。
電力装置によれば、p/n接合を低温で形成できると共
に、透光性の電極を反射防止膜として利用することがで
き、構造が簡単で且つ製造の容易な光起電力装置を提供
できる。
【0048】また、第2の発明によれば、掘削による開
口部に電極を設けることにより、キャリアの収集が促進
され、変換効率が向上する。
口部に電極を設けることにより、キャリアの収集が促進
され、変換効率が向上する。
【0049】更に、第3の発明によれば、2種類のシリ
コン粒を用意するだけで、極めて簡単にp/n接合を形
成することができる。
コン粒を用意するだけで、極めて簡単にp/n接合を形
成することができる。
【0050】第4の発明によれば、光が全て斜め方向か
ら入射されるので、いわゆるテキスチャ効果により、変
換効率が向上する。
ら入射されるので、いわゆるテキスチャ効果により、変
換効率が向上する。
【図1】第1の発明の実施例を工程別に示す断面図であ
る。
る。
【図2】第2の発明の実施例を工程別に示す断面図であ
る。
る。
【図3】第3の発明の実施例を示す断面図である。
【図4】第4の発明に用いられるシリコンブロックを示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図5】第4の発明の実施例を示す断面図である。
【図6】第4の発明の他の実施例を示す斜視図である。
10 絶縁性薄膜基板
12 シリコン粒
14 透明電極
15 金属電極
20 金属膜
22 シリコン粒
24 穴
25 アルミニウム
26 アルミニウム薄膜
31 シリコン粒(p型)
32 シリコン粒(n型)
40 シリコンブロック
Claims (4)
- 【請求項1】 絶縁性薄膜と、前記絶縁性薄膜を貫通す
るように嵌合された球状の一導電型半導体材料と、前記
絶縁性薄膜の一主面側の前記半導体材料の表面に他導電
型半導体不純物を拡散させることによって設けられた半
導体接合と、前記主面側の前記絶縁性薄膜及び前記半導
体材料の各表面が被われるように形成された透光性の電
極と、前記絶縁性薄膜の他主面に形成された他の電極
と、からなることを特徴とする光起電力装置。 - 【請求項2】 金属膜からなる電極と、この電極を貫通
し且つ前記電極との接触部並びに電極の一主面側にある
表面に沿って形成された半導体接合を具備する半導体材
料と、前記電極の他主面及びこの他主面側に露出した前
記半導体材料の周辺部を被う絶縁膜と、を備えた光起電
力装置において、前記半導体材料の前記他主面側であっ
て、前記絶縁膜に被われていない部分の掘削による開口
部に電極を形成せしめたことを特徴とする光起電力装
置。 - 【請求項3】 球状の一導電型半導体材料の表面に、他
導電型半導体材料を少なくとも1つ以上配置することに
より、夫々の配置部で半導体接合を具備せしめたことを
特徴とする光起電力装置。 - 【請求項4】 多角錐の形状を有する一導電型半導体材
料と、該半導体材料の底面に被着された金属からなる電
極と、前記底面以外の少なくとも1つの主面に他導電型
決定不純物を拡散することによってこの主面に並行な接
合面を有する半導体接合と、前記多角錐の頂点の内前記
底面に対して垂直線上にある頂点によって貫通されるよ
うに嵌着され且つ前記主面と電気的接続をなす金属膜
と、からなる電極と、を備えたことを特徴とする光起電
力装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3210208A JPH0536997A (ja) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | 光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3210208A JPH0536997A (ja) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | 光起電力装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0536997A true JPH0536997A (ja) | 1993-02-12 |
Family
ID=16585584
Family Applications (1)
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JP3210208A Pending JPH0536997A (ja) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | 光起電力装置 |
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JP (1) | JPH0536997A (ja) |
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