JPH0559042B2 - - Google Patents
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- JPH0559042B2 JPH0559042B2 JP1142303A JP14230389A JPH0559042B2 JP H0559042 B2 JPH0559042 B2 JP H0559042B2 JP 1142303 A JP1142303 A JP 1142303A JP 14230389 A JP14230389 A JP 14230389A JP H0559042 B2 JPH0559042 B2 JP H0559042B2
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- crucible
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L31/0288—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table characterised by the doping material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
本発明は改善された光電池特性を持つたシリコ
ン、その製造方法及び太陽電池の製造にそれを使
用する方法に関する。 本発明に従えば、酸素及び炭素の合計含有率が
3−200ppmであり、赤外線分析により決定した
酸素:炭素の比が2以下であるシリコンが提供さ
れる。このシリコンは、太陽光から電流を発生さ
せるのに高度に効率が良く、従つて太陽電池に有
用な材料である。 シリコンは、多様な用途に使用されている。電
子工業においては、目的に合うように調整された
電子工学的性質を持つた高純度シリコン結晶が使
用される。これらの結晶の製造に伴う高いコスト
は、それから製造される個々の電子工学的部品の
低面積要求のために、個々の部品の全体のコスト
に僅かに寄与するだけである。光電池工学におけ
るシリコンの用途として、ハイパワーの濃縮電池
(concentrator cell)の製造にやはり高純度シリ
コンが使用される。この場合に、純度は、金属異
物原子、アルカリ土金属元素、ホウ素及びリンに
関係するのみならず、炭素及び酸素にも関係す
る。広範な文献があるにもかかわらず、太陽電池
の電気的性質に対する酸素及び炭素の作用に関し
ては余り詳細には知られていない。かくしてこれ
らの2つの元素は著名なトラブルメーカーとして
知られている。[デイ・ヘルムライヒ、エイチ・
ザイテルのデイ・フバー及びアール・ワーリツ
ヒ、“太陽光利用”シリコンにおける欠陥相互作
用、アイ・イー・イー・イー1982、405ff頁(D.
Hermreich,H.Seiter,D.Huber and R.
Wahlich,Defect Interaction in“Solar”
Silicon,IEEE1982,pages 405ff)参照]。 大規模光電池工業技術に対する経済的要求を満
足させることを目的とする地上太陽電池用の多結
晶シリコンにおいては、電子工業用の高純度単結
晶よりもいくらか高い酸素及び炭素含有率が許容
されなければならない。しかしながら、経済的に
製造することができるこれらの材料は、比較的効
率が低いという欠点を有する。 故に、本発明の目的は、効率の改良を達成する
ことができると共に経済的に得ることができる、
光電池工業に適したシリコンを提供することであ
る。 驚くべきことに、シリコンの効率に不利な影響
を与えるのは酸素及び炭素の絶対濃度のみではな
く、それらの相互の割合も又重要であることが見
出だされた。驚くべきことに、酸素:炭素濃度比
が2以下であれば、2つの元素の濃度が比較的高
くても高い効率が得られる。本発明で使用する濃
度は赤外線吸収により決定された値である。 添付図面は、太陽電池中の種々のシリコン材料
の酸素対炭素の比に対する百分率効率をグラフで
示す。 故に、本発明は、IRにより決定した酸素及び
炭素含有率の濃度比が2以下であり、酸素及び炭
素不純物の合計濃度が3−200ppmであるシリコ
ンに関する。特に好ましい本発明に従うシリコン
は、酸素及び炭素不純物の合計濃度が5−
100ppmであるシリコンである。前記濃度比が約
1であり、元素酸素及び炭素の絶対濃度が約
20ppmであるシリコンを使用すると、特に良好な
結果が得られる。 本発明は、本発明に従うシリコンの製造方法に
も関する。本発明に従うシリコンは、好ましく
は、最初にシリコンの炭素含有率を減少させ、次
いで酸素ガスを除去することにより酸素含有率を
調節する方法により製造される。炭素含有率は、
西ドイツ公告公報第3627624号に記載の方法によ
り有利に減少させることができる。この方法に対
応して、溶融シリコンが入つているるつぼにおい
て底部側と上部側の間に温度こう配を生じさせ
る。溶融物中に存在する炭素は、低温側に析出す
る。他の可能な方法としては、西ドイツ公告公報
第3635064号、第3727646号及び第3727647号に記
載の如く、シリコン溶融物に反応性ガスを通すこ
とである。 酸素含有率は、溶融物から約1ミリバールの圧
力で脱ガスすることにより対応して調節すること
ができる。[アイ・エー・アミツク、ジエー・ピ
ー・デイスムケス、アール・ダブリユ・フランシ
ス、エル・ピー・フント等、光電池のための材料
及び新規な加工技術に関する談話会議事録1983
年、83−11巻、ザ・エレクトロケミカル・ソサイ
エテイ・インコーポレーテツド、ニユージヤーシ
ー州、ペニントン、サウス・メイン・ストリート
10、67頁(I.A.Amick,J.P.Dismukes,R.W.
Francis,L.P.Hunt et al.Proc.of the Symp.on
Materials and New Orocessing Technologies
for Photovoltaics 1983,Vo.83−11,The
Electrochemical Society Inc.,10 South Main
St.,Pennington,N.J.,pp.67)]。 本発明に従う好ましい態様においては、シリコ
ンは、固体アルミニウムを使用してガス状四塩化
ケイ素を還元することにより製造される。この種
の方法はEP−B 123100に開示されている。 第1図から分かるとおり、本発明に従うシリコ
ン材料は、非常に良好な効率を示す。効率は、酸
素:炭素比が2より大きくなると有意に減少す
る。 第1図には、多数の試料の平均効率と表1に示
された値が酸素:炭素比の関数としてプロツトさ
れている。平均効率の増加は2で始まり、1で最
大値に達する。 これらの良好な効率により、本発明に従うシリ
コンは、太陽電池の製造に非常に好適である。故
に、本発明は、太陽電池を製造するためのシリコ
ンの使用に関する。 本発明を実施例により以下に説明するが、これ
は本発明を限定することを示すものではない。 実施例 1 下記表1に、10%及びそれ以上の効率を有する
太陽電池を製造した3つのシリコン試料の分析デ
ータを示す。酸素及び炭素の値はppmaで与えら
れたIRデータであり、他の元素の濃度は原子発
光線(atomic emission lines)により決定され
た。これらの値の濃度はppmgで与えられてい
る。黒丸は表1からのデータであり、白丸は平均
値により得られた結果である。
ン、その製造方法及び太陽電池の製造にそれを使
用する方法に関する。 本発明に従えば、酸素及び炭素の合計含有率が
3−200ppmであり、赤外線分析により決定した
酸素:炭素の比が2以下であるシリコンが提供さ
れる。このシリコンは、太陽光から電流を発生さ
せるのに高度に効率が良く、従つて太陽電池に有
用な材料である。 シリコンは、多様な用途に使用されている。電
子工業においては、目的に合うように調整された
電子工学的性質を持つた高純度シリコン結晶が使
用される。これらの結晶の製造に伴う高いコスト
は、それから製造される個々の電子工学的部品の
低面積要求のために、個々の部品の全体のコスト
に僅かに寄与するだけである。光電池工学におけ
るシリコンの用途として、ハイパワーの濃縮電池
(concentrator cell)の製造にやはり高純度シリ
コンが使用される。この場合に、純度は、金属異
物原子、アルカリ土金属元素、ホウ素及びリンに
関係するのみならず、炭素及び酸素にも関係す
る。広範な文献があるにもかかわらず、太陽電池
の電気的性質に対する酸素及び炭素の作用に関し
ては余り詳細には知られていない。かくしてこれ
らの2つの元素は著名なトラブルメーカーとして
知られている。[デイ・ヘルムライヒ、エイチ・
ザイテルのデイ・フバー及びアール・ワーリツ
ヒ、“太陽光利用”シリコンにおける欠陥相互作
用、アイ・イー・イー・イー1982、405ff頁(D.
Hermreich,H.Seiter,D.Huber and R.
Wahlich,Defect Interaction in“Solar”
Silicon,IEEE1982,pages 405ff)参照]。 大規模光電池工業技術に対する経済的要求を満
足させることを目的とする地上太陽電池用の多結
晶シリコンにおいては、電子工業用の高純度単結
晶よりもいくらか高い酸素及び炭素含有率が許容
されなければならない。しかしながら、経済的に
製造することができるこれらの材料は、比較的効
率が低いという欠点を有する。 故に、本発明の目的は、効率の改良を達成する
ことができると共に経済的に得ることができる、
光電池工業に適したシリコンを提供することであ
る。 驚くべきことに、シリコンの効率に不利な影響
を与えるのは酸素及び炭素の絶対濃度のみではな
く、それらの相互の割合も又重要であることが見
出だされた。驚くべきことに、酸素:炭素濃度比
が2以下であれば、2つの元素の濃度が比較的高
くても高い効率が得られる。本発明で使用する濃
度は赤外線吸収により決定された値である。 添付図面は、太陽電池中の種々のシリコン材料
の酸素対炭素の比に対する百分率効率をグラフで
示す。 故に、本発明は、IRにより決定した酸素及び
炭素含有率の濃度比が2以下であり、酸素及び炭
素不純物の合計濃度が3−200ppmであるシリコ
ンに関する。特に好ましい本発明に従うシリコン
は、酸素及び炭素不純物の合計濃度が5−
100ppmであるシリコンである。前記濃度比が約
1であり、元素酸素及び炭素の絶対濃度が約
20ppmであるシリコンを使用すると、特に良好な
結果が得られる。 本発明は、本発明に従うシリコンの製造方法に
も関する。本発明に従うシリコンは、好ましく
は、最初にシリコンの炭素含有率を減少させ、次
いで酸素ガスを除去することにより酸素含有率を
調節する方法により製造される。炭素含有率は、
西ドイツ公告公報第3627624号に記載の方法によ
り有利に減少させることができる。この方法に対
応して、溶融シリコンが入つているるつぼにおい
て底部側と上部側の間に温度こう配を生じさせ
る。溶融物中に存在する炭素は、低温側に析出す
る。他の可能な方法としては、西ドイツ公告公報
第3635064号、第3727646号及び第3727647号に記
載の如く、シリコン溶融物に反応性ガスを通すこ
とである。 酸素含有率は、溶融物から約1ミリバールの圧
力で脱ガスすることにより対応して調節すること
ができる。[アイ・エー・アミツク、ジエー・ピ
ー・デイスムケス、アール・ダブリユ・フランシ
ス、エル・ピー・フント等、光電池のための材料
及び新規な加工技術に関する談話会議事録1983
年、83−11巻、ザ・エレクトロケミカル・ソサイ
エテイ・インコーポレーテツド、ニユージヤーシ
ー州、ペニントン、サウス・メイン・ストリート
10、67頁(I.A.Amick,J.P.Dismukes,R.W.
Francis,L.P.Hunt et al.Proc.of the Symp.on
Materials and New Orocessing Technologies
for Photovoltaics 1983,Vo.83−11,The
Electrochemical Society Inc.,10 South Main
St.,Pennington,N.J.,pp.67)]。 本発明に従う好ましい態様においては、シリコ
ンは、固体アルミニウムを使用してガス状四塩化
ケイ素を還元することにより製造される。この種
の方法はEP−B 123100に開示されている。 第1図から分かるとおり、本発明に従うシリコ
ン材料は、非常に良好な効率を示す。効率は、酸
素:炭素比が2より大きくなると有意に減少す
る。 第1図には、多数の試料の平均効率と表1に示
された値が酸素:炭素比の関数としてプロツトさ
れている。平均効率の増加は2で始まり、1で最
大値に達する。 これらの良好な効率により、本発明に従うシリ
コンは、太陽電池の製造に非常に好適である。故
に、本発明は、太陽電池を製造するためのシリコ
ンの使用に関する。 本発明を実施例により以下に説明するが、これ
は本発明を限定することを示すものではない。 実施例 1 下記表1に、10%及びそれ以上の効率を有する
太陽電池を製造した3つのシリコン試料の分析デ
ータを示す。酸素及び炭素の値はppmaで与えら
れたIRデータであり、他の元素の濃度は原子発
光線(atomic emission lines)により決定され
た。これらの値の濃度はppmgで与えられてい
る。黒丸は表1からのデータであり、白丸は平均
値により得られた結果である。
【表】
実施例 2
この実施例は、炭素含有率を低下させることに
よつて本発明のシリコンを製造する方法を例示す
る(前記実施例1のシリコンはこれに倣つて製造
されたものである)。 炭素含有率が1500ppmaのシリコンを、減圧装
置を備えた収容能力2Kgのグラフアイトるつぼの
中で溶融させた。該るつぼは厚さ10mmのグラフア
イトフエルト絶縁マツトで囲まれているが、該マ
ツトはるつぼの底の中央において直径40mmの円形
に取除かれていて、るつぼの底の熱が水冷壁を有
する減圧装置へ発散されるようになつている。る
つぼの中程度の振動数における放射によつて加熱
し、るつぼの底の冷却区域の温度を1420℃に、る
つぼの上縁部の温度を1600℃に、それぞれ維持し
た。この温度で減圧下に2時間保つたのち、溶融
物をるつぼから注ぎ出した。 装置を冷却後に開いたところ、るつぼの底の円
形の冷却区域に微小な結晶が堆積していた。分析
によれば、この結晶はシリコンカーバイドであつ
た。 また、注ぎ出されたシリコンは、分析により、
93ppmaの炭素を含有するものであることが確認
された。 本発明の主なる特徴及び態様は以下のとおりで
ある。 1 酸素及び炭素含有率の合計が3−200ppmで
あり、赤外線分析で決定した酸素:炭素の比が
2以下であるシリコン。 2 酸素及び炭素不純物の合計濃度が5−
100ppmである、上記1に記載のシリコン。 3 酸素:炭素比が約1であり、元素炭素及び酸
素の絶対濃度が約20ppmである、上記1に記載
のシリコン。 4 最初にシリコンの炭素含有率を減少させ、次
いで酸素ガスを除去することにより酸素含有率
を調節する上記1に記載のシリコンを製造する
方法。 5 溶融したシリコンが入つているるつぼ中の2
つの点の間に温度勾配を生じさせ、そして溶融
シリコンの温度を調節し、それにより存在する
炭素を前記温度勾配の低温側に析出させること
により、シリコンの炭素含有率を減少させる、
上記4に記載の方法。 6 シリコン溶融物を炭素と反応性のガスと接触
させることにより、シリコンの炭素含有率を減
少させる、上記4に記載の方法。 7 溶融したシリコンを減圧下に脱ガスすること
により酸素を除去する、上記4に記載の方法。 8 前記減圧が約1ミリバールである、上記7に
記載の方法。 9 シリコンが、固体アルミニウムを使用してガ
ス状四塩化ケイ素を還元することにより製造さ
れたものである上記4に記載の方法。 10 電流を発生するための光電池手段としてシリ
コンを含む太陽電池において、該シリコンが上
記1に記載のシリコンであることを特徴とする
改良された太陽電池。
よつて本発明のシリコンを製造する方法を例示す
る(前記実施例1のシリコンはこれに倣つて製造
されたものである)。 炭素含有率が1500ppmaのシリコンを、減圧装
置を備えた収容能力2Kgのグラフアイトるつぼの
中で溶融させた。該るつぼは厚さ10mmのグラフア
イトフエルト絶縁マツトで囲まれているが、該マ
ツトはるつぼの底の中央において直径40mmの円形
に取除かれていて、るつぼの底の熱が水冷壁を有
する減圧装置へ発散されるようになつている。る
つぼの中程度の振動数における放射によつて加熱
し、るつぼの底の冷却区域の温度を1420℃に、る
つぼの上縁部の温度を1600℃に、それぞれ維持し
た。この温度で減圧下に2時間保つたのち、溶融
物をるつぼから注ぎ出した。 装置を冷却後に開いたところ、るつぼの底の円
形の冷却区域に微小な結晶が堆積していた。分析
によれば、この結晶はシリコンカーバイドであつ
た。 また、注ぎ出されたシリコンは、分析により、
93ppmaの炭素を含有するものであることが確認
された。 本発明の主なる特徴及び態様は以下のとおりで
ある。 1 酸素及び炭素含有率の合計が3−200ppmで
あり、赤外線分析で決定した酸素:炭素の比が
2以下であるシリコン。 2 酸素及び炭素不純物の合計濃度が5−
100ppmである、上記1に記載のシリコン。 3 酸素:炭素比が約1であり、元素炭素及び酸
素の絶対濃度が約20ppmである、上記1に記載
のシリコン。 4 最初にシリコンの炭素含有率を減少させ、次
いで酸素ガスを除去することにより酸素含有率
を調節する上記1に記載のシリコンを製造する
方法。 5 溶融したシリコンが入つているるつぼ中の2
つの点の間に温度勾配を生じさせ、そして溶融
シリコンの温度を調節し、それにより存在する
炭素を前記温度勾配の低温側に析出させること
により、シリコンの炭素含有率を減少させる、
上記4に記載の方法。 6 シリコン溶融物を炭素と反応性のガスと接触
させることにより、シリコンの炭素含有率を減
少させる、上記4に記載の方法。 7 溶融したシリコンを減圧下に脱ガスすること
により酸素を除去する、上記4に記載の方法。 8 前記減圧が約1ミリバールである、上記7に
記載の方法。 9 シリコンが、固体アルミニウムを使用してガ
ス状四塩化ケイ素を還元することにより製造さ
れたものである上記4に記載の方法。 10 電流を発生するための光電池手段としてシリ
コンを含む太陽電池において、該シリコンが上
記1に記載のシリコンであることを特徴とする
改良された太陽電池。
第1図は多数のシリコン試料の平均効率及び表
1に示された効率の値を酸素:炭素比の関数とし
てプロツトしたグラフ図である。
1に示された効率の値を酸素:炭素比の関数とし
てプロツトしたグラフ図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 酸素及び炭素の合計含有率が3−200ppmで
あり、赤外線分析で決定した酸素:炭素の比が2
以下であるシリコン。 2 最初にシリコンの炭素含有率を減少させ、次
いで酸素ガスを除去することにより酸素含有率を
調節する特許請求の範囲第1項記載のシリコンを
製造する方法。 3 電流の発生するための光電池手段としてシリ
コンを含む太陽電池において、該シリコンが特許
請求の範囲第1項記載のシリコンであることを特
徴とする改良された太陽電池。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3819778.2 | 1988-06-10 | ||
DE3819778A DE3819778A1 (de) | 1988-06-10 | 1988-06-10 | Silicium fuer solarzellen, verfahren zu seiner herstellung sowie dessen verwendung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0238305A JPH0238305A (ja) | 1990-02-07 |
JPH0559042B2 true JPH0559042B2 (ja) | 1993-08-30 |
Family
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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---|---|
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EP (1) | EP0345596B1 (ja) |
JP (1) | JPH0238305A (ja) |
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---|---|---|---|---|
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JP4664892B2 (ja) * | 2006-12-05 | 2011-04-06 | 株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ | シリコン塩化物の製造方法 |
DE102006062117A1 (de) * | 2006-12-22 | 2008-06-26 | Schott Solar Gmbh | Verfahren zum Herstellen kristallisierten Siliciums sowie kristallisiertes Silicium |
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DE3635064A1 (de) * | 1986-10-15 | 1988-04-21 | Bayer Ag | Verfahren zur raffination von silicium und derart gereinigtes silicium |
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1988
- 1988-06-10 DE DE3819778A patent/DE3819778A1/de not_active Withdrawn
-
1989
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- 1989-05-29 EP EP89109684A patent/EP0345596B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-06-06 AU AU36073/89A patent/AU621624B2/en not_active Ceased
- 1989-06-06 JP JP1142303A patent/JPH0238305A/ja active Granted
-
1992
- 1992-02-24 US US07/840,886 patent/US5431743A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6350308A (ja) * | 1986-08-14 | 1988-03-03 | バイエル・アクチエンゲゼルシヤフト | 溶融ケイ素からの炭素の除去方法 |
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