JPH0574950B2 - - Google Patents
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- JPH0574950B2 JPH0574950B2 JP59217822A JP21782284A JPH0574950B2 JP H0574950 B2 JPH0574950 B2 JP H0574950B2 JP 59217822 A JP59217822 A JP 59217822A JP 21782284 A JP21782284 A JP 21782284A JP H0574950 B2 JPH0574950 B2 JP H0574950B2
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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
- H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/075—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は太陽電池等として用いられる非晶質光
起電力素子に関するものである。
起電力素子に関するものである。
〔従来技術〕
従来の非晶質光起電力素子は第5図に示す如く
ガラス等の透光接絶縁基板11上にSnO2、ITO
等を素材とする透明導電膜12、非晶質半導体層
であるp型層13、i型層14、n型層15、及
びal等を素材とする裏面電極膜16等をこの順序
で積層形成して構成され、透光性絶縁基板11、
透明導電膜12を通して非晶質半導体層中に光を
入射させ、ここで生起された電子、正孔対を
夫々、裏面電極膜15、透明導電膜12に集電
し、例えばここに接続したリード線を通じて外部
に取り出すようになつている。
ガラス等の透光接絶縁基板11上にSnO2、ITO
等を素材とする透明導電膜12、非晶質半導体層
であるp型層13、i型層14、n型層15、及
びal等を素材とする裏面電極膜16等をこの順序
で積層形成して構成され、透光性絶縁基板11、
透明導電膜12を通して非晶質半導体層中に光を
入射させ、ここで生起された電子、正孔対を
夫々、裏面電極膜15、透明導電膜12に集電
し、例えばここに接続したリード線を通じて外部
に取り出すようになつている。
ところで従来の非晶質半導体層、特にp型層、
n型層等のドープ層におけるドーピング濃度はそ
の面方向及び厚さ方向とも一様となつているが、
このような構造ではp型層とi型層との界面、n
型層とi型層との界面に形成される界面準位のた
め、光の入射で生成された電子、正孔がこれらの
界面で出合つて再結合することが多く、光起電力
特性の低下の一因となつていた。
n型層等のドープ層におけるドーピング濃度はそ
の面方向及び厚さ方向とも一様となつているが、
このような構造ではp型層とi型層との界面、n
型層とi型層との界面に形成される界面準位のた
め、光の入射で生成された電子、正孔がこれらの
界面で出合つて再結合することが多く、光起電力
特性の低下の一因となつていた。
本発明は、かかる事情に鑑みなされたものであ
つて、その特徴とするところは、基板上に、膜平
面が光の入射方向と直交するように積層された、
一導電型半導体層、光電変換機能を呈する真性の
非晶質半導体層及び他導電型半導体層とから成る
非晶質光起電力素子に於いて、上記各導電型半導
体層は、該層の膜平面方向に配置された高ドープ
部と低ドープ部とから成り、これらドープ部は、
上記真性の非晶質半導体層と被着し、且つ該非晶
質半導体層の該被着面に沿つて互いに隣接して配
置されると共に、それら導電型半導体層の各ドー
プ部は、一方の導電型半導体層の高ドープ部が、
上記真性の非晶質半導体層を介して、他方の導電
型半導体層の低ドープ部と対向するように配置し
たことにある。
つて、その特徴とするところは、基板上に、膜平
面が光の入射方向と直交するように積層された、
一導電型半導体層、光電変換機能を呈する真性の
非晶質半導体層及び他導電型半導体層とから成る
非晶質光起電力素子に於いて、上記各導電型半導
体層は、該層の膜平面方向に配置された高ドープ
部と低ドープ部とから成り、これらドープ部は、
上記真性の非晶質半導体層と被着し、且つ該非晶
質半導体層の該被着面に沿つて互いに隣接して配
置されると共に、それら導電型半導体層の各ドー
プ部は、一方の導電型半導体層の高ドープ部が、
上記真性の非晶質半導体層を介して、他方の導電
型半導体層の低ドープ部と対向するように配置し
たことにある。
[実施例]
以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具
体的に説明する。第1図は本発明に係る非晶質光
起電力素子(以下本発明素子という)の断面構造
図であり、図中1はガラス等を素材とする透光性
絶縁基板、2はSnO2、ITO等を素材とする透明
導電膜、3はp型の非晶質半導体層(以下単にp
型層という)、4はi型非晶質半導体層(以下単
にi型層という)、5はn型非晶質半導体層(以
下単にn型層という)、6はAl等を素材とする裏
面電極膜を示している。光は透光性絶縁基板、透
明導電膜2を通過してp型層3、i型層4、n型
層5等の非晶質半導体層中に入射され、これによ
つて生成された電子、正孔は夫々裏面電極膜6、
透明導電膜2に集電され、ここに接続したリード
線等を通じて外部に取り出されることとなる。
体的に説明する。第1図は本発明に係る非晶質光
起電力素子(以下本発明素子という)の断面構造
図であり、図中1はガラス等を素材とする透光性
絶縁基板、2はSnO2、ITO等を素材とする透明
導電膜、3はp型の非晶質半導体層(以下単にp
型層という)、4はi型非晶質半導体層(以下単
にi型層という)、5はn型非晶質半導体層(以
下単にn型層という)、6はAl等を素材とする裏
面電極膜を示している。光は透光性絶縁基板、透
明導電膜2を通過してp型層3、i型層4、n型
層5等の非晶質半導体層中に入射され、これによ
つて生成された電子、正孔は夫々裏面電極膜6、
透明導電膜2に集電され、ここに接続したリード
線等を通じて外部に取り出されることとなる。
そして本発明素子にあつては前記した非晶質半
導体層のうちの特にドープ層であるp型層3、n
型層5は光の入射方向と直交する平面内において
そのドーピング量が低い部分3a,5a(これを
“p-”、“n-”で示す)と、ドーピング量の高い部
分3b,5b(これを“p++”、“n++”で示す)と
が、これら層3,5と被着されているi型層4の
該被着面に沿つて互いに隣接して配置されてお
り、それら部分の夫々の直径が略数百Å以下の小
さい領域で相互に密接状態で混在せしめてある。
導体層のうちの特にドープ層であるp型層3、n
型層5は光の入射方向と直交する平面内において
そのドーピング量が低い部分3a,5a(これを
“p-”、“n-”で示す)と、ドーピング量の高い部
分3b,5b(これを“p++”、“n++”で示す)と
が、これら層3,5と被着されているi型層4の
該被着面に沿つて互いに隣接して配置されてお
り、それら部分の夫々の直径が略数百Å以下の小
さい領域で相互に密接状態で混在せしめてある。
このようなp型層3、n型層5における各低ド
ープ部分3a,5a、高ドープ部分3b,5bの
形成は例えば次のようにして行う、通常ガラス等
の透光性絶縁基板1にはその表面に微細な凹凸が
略数百Å程度の間隔で存在しているため、これを
利用して、先ず透光性絶縁基板1上に透明導電膜
2を積層形成した後、次にp型層3を形成する
際、最初に透光性絶縁基板1を負バイアス状態、
例えば−100Vに設定し、シラン、メタンガスに
ドープ剤としてのB2H6をガス比で0.7%程度加え
て通流させ高周波グロー放電法によりp型層3の
形成を行うと、透明導電膜2の凸部に放電が集中
して生ずる結果、この凸部での膜成長速度が大き
く凸部に高ドープ部3bが所要厚さに形成され
る。膜厚が所定値に達すると次に透光性絶縁基板
1を無バイアス又は正バイアス、例えば+50V程
度に設定し、シラン、メタンガスにドープ剤とし
てのB2H6を0.2%程度加えて通流させ、高周波グ
ロー放電法により、p型層3の形成を行うと前記
高ドープ部3bの周りを埋める態様で低ドープ部
3aが形成される。
ープ部分3a,5a、高ドープ部分3b,5bの
形成は例えば次のようにして行う、通常ガラス等
の透光性絶縁基板1にはその表面に微細な凹凸が
略数百Å程度の間隔で存在しているため、これを
利用して、先ず透光性絶縁基板1上に透明導電膜
2を積層形成した後、次にp型層3を形成する
際、最初に透光性絶縁基板1を負バイアス状態、
例えば−100Vに設定し、シラン、メタンガスに
ドープ剤としてのB2H6をガス比で0.7%程度加え
て通流させ高周波グロー放電法によりp型層3の
形成を行うと、透明導電膜2の凸部に放電が集中
して生ずる結果、この凸部での膜成長速度が大き
く凸部に高ドープ部3bが所要厚さに形成され
る。膜厚が所定値に達すると次に透光性絶縁基板
1を無バイアス又は正バイアス、例えば+50V程
度に設定し、シラン、メタンガスにドープ剤とし
てのB2H6を0.2%程度加えて通流させ、高周波グ
ロー放電法により、p型層3の形成を行うと前記
高ドープ部3bの周りを埋める態様で低ドープ部
3aが形成される。
n型層5についても同様であり、前記した如く
形成したp型層3上にi型層を通常の方法で形成
した後、先ず透光性絶縁基板1を負バイアス、例
えば−100V程度に設定し、透明導電膜2による
凸部上の低ドープ部5aを形成し、次いで透光性
絶縁基板1を無バイアス又は正バイアスに設定し
て凸部周囲に高ドープ部5bを形成する。
形成したp型層3上にi型層を通常の方法で形成
した後、先ず透光性絶縁基板1を負バイアス、例
えば−100V程度に設定し、透明導電膜2による
凸部上の低ドープ部5aを形成し、次いで透光性
絶縁基板1を無バイアス又は正バイアスに設定し
て凸部周囲に高ドープ部5bを形成する。
これによつて第1図に示す如く、p型層3、n
型層5には光の入射方向と直交する平面内に低ド
ープ部3a,5b、高ドープ部3b,5bが形成
され、しかもp型層3における低ドープ部3aに
対応してn型層5においては高ドープ部5bが、
またp型層3における高ドープ部3bに対応して
n型層5においては低ドープ部5aがi型層を介
して積層形成されることとなる。
型層5には光の入射方向と直交する平面内に低ド
ープ部3a,5b、高ドープ部3b,5bが形成
され、しかもp型層3における低ドープ部3aに
対応してn型層5においては高ドープ部5bが、
またp型層3における高ドープ部3bに対応して
n型層5においては低ドープ部5aがi型層を介
して積層形成されることとなる。
このようにして形成された本発明素子の光入射
側と直交する平面内におけるバンドモデルはp型
ドープ層付近にあつては第2図に示す如くに、ま
たn型ドープ層付近にあつては第3図に示す如く
になる。即ち、第2図についてみるとp型ドープ
層付近では低ドープ部3aと対応する部分では価
電子帯においてはポテンシヤルエネルギは高く、
伝導帯においてはポテンシヤルエネルギは低くな
り、逆に高ドープ部3bと対応する部分では価電
子帯においてはポテンシヤルエネルギは低き、伝
導帯においてはポテンシヤルエネルギは高くな
る。
側と直交する平面内におけるバンドモデルはp型
ドープ層付近にあつては第2図に示す如くに、ま
たn型ドープ層付近にあつては第3図に示す如く
になる。即ち、第2図についてみるとp型ドープ
層付近では低ドープ部3aと対応する部分では価
電子帯においてはポテンシヤルエネルギは高く、
伝導帯においてはポテンシヤルエネルギは低くな
り、逆に高ドープ部3bと対応する部分では価電
子帯においてはポテンシヤルエネルギは低き、伝
導帯においてはポテンシヤルエネルギは高くな
る。
一方、第3図についてみると、n型ドープ層付
近では低ドープ部分5aと対応する部分では価電
子帯におけるポテンシヤルエネルギは低く、伝導
帯におけるポテンシヤルエネルギは高くなり、逆
に高ドープ部5bと対応する部分では価電子帯に
おけるポテンシヤルエネルギは高く、電導帯にお
けるポテンシヤルエネルギは低くなる。第2,3
図中EFはいずれもフエルミレベルを示している。
従つて第2図において、例えば低トープ部3aと
対応する位置で生成せしめられた正孔、電子対の
うち、電子は低ポテンシヤル部分にあつて、周り
のポテンシヤル障壁のために移動を抑制される
が、正孔は高ポテンシヤル部分に位置するためそ
の両側に位置する高ドープ部3bと対応する低ポ
テンシヤル部分に向けて矢符で示す如くに移動
し、その位置で同様に周りのポテンシヤル障壁の
ため移動を抑制されることとなる。
近では低ドープ部分5aと対応する部分では価電
子帯におけるポテンシヤルエネルギは低く、伝導
帯におけるポテンシヤルエネルギは高くなり、逆
に高ドープ部5bと対応する部分では価電子帯に
おけるポテンシヤルエネルギは高く、電導帯にお
けるポテンシヤルエネルギは低くなる。第2,3
図中EFはいずれもフエルミレベルを示している。
従つて第2図において、例えば低トープ部3aと
対応する位置で生成せしめられた正孔、電子対の
うち、電子は低ポテンシヤル部分にあつて、周り
のポテンシヤル障壁のために移動を抑制される
が、正孔は高ポテンシヤル部分に位置するためそ
の両側に位置する高ドープ部3bと対応する低ポ
テンシヤル部分に向けて矢符で示す如くに移動
し、その位置で同様に周りのポテンシヤル障壁の
ため移動を抑制されることとなる。
また第2図において例えば高ドープ部3bと対
応する位置で生成せしめられた正孔、電子対のう
ち、正孔は低ポテンシヤル部分にあつて周囲のポ
テンシヤル障壁のため移動を抑制されるが、電子
は高ポテンシヤル部分に位置するため、その両側
に位置する低ドープ3aと対応する低ポテンシヤ
ル部分に向けて矢符で示す如くに移動し、その位
置で同様に周囲のポテンシヤル障壁のため移動を
抑制されることとなる。
応する位置で生成せしめられた正孔、電子対のう
ち、正孔は低ポテンシヤル部分にあつて周囲のポ
テンシヤル障壁のため移動を抑制されるが、電子
は高ポテンシヤル部分に位置するため、その両側
に位置する低ドープ3aと対応する低ポテンシヤ
ル部分に向けて矢符で示す如くに移動し、その位
置で同様に周囲のポテンシヤル障壁のため移動を
抑制されることとなる。
而して、電子、正孔は夫々生成された位置から
光の入射方向と直交する平面内でその相対的位置
がずれた状態で分離維持されることとなり、相互
の再結合の確率が低下し、光電変換特性が改善さ
れることとなる。
光の入射方向と直交する平面内でその相対的位置
がずれた状態で分離維持されることとなり、相互
の再結合の確率が低下し、光電変換特性が改善さ
れることとなる。
なお、上記現象は第3図に示すn型ドープ層付
近においても略同様であり、生成された電子、正
孔対の相対位置が光の入射方向と直交する平面内
でずれた状態で分離維持されることとなり、相互
の再結合の確率が同様に低下され、光電変換特性
の改善に寄与することとなる。
近においても略同様であり、生成された電子、正
孔対の相対位置が光の入射方向と直交する平面内
でずれた状態で分離維持されることとなり、相互
の再結合の確率が同様に低下され、光電変換特性
の改善に寄与することとなる。
第4図はAM−1(太陽が真上にきたときの
光)、100mW/cm2のソーラシユミレータ光照射下
での本発明素子と従来素子との電流−電圧特性を
比較して示すグラフであり、横軸に電圧(V)を、ま
た縦軸に電流(mA)をとつて示してあり、グラ
フ中実線は本発明素子の、また破線は従来素子の
結果を示している。このグラフから明らかなよう
に本発明素子は従来素子に比較して著しく電流−
電圧特性が向上しているのが解る。なお本発明素
子の短絡電流密度は17.2mA/cm2であり、従来素
子の密度が15.7mA/cm2であるのに比較して大幅
に向上していること、また光電変化効率は従来素
子では8.31%であつたが本発明素子では8.78%に
向上したことが確認された。
光)、100mW/cm2のソーラシユミレータ光照射下
での本発明素子と従来素子との電流−電圧特性を
比較して示すグラフであり、横軸に電圧(V)を、ま
た縦軸に電流(mA)をとつて示してあり、グラ
フ中実線は本発明素子の、また破線は従来素子の
結果を示している。このグラフから明らかなよう
に本発明素子は従来素子に比較して著しく電流−
電圧特性が向上しているのが解る。なお本発明素
子の短絡電流密度は17.2mA/cm2であり、従来素
子の密度が15.7mA/cm2であるのに比較して大幅
に向上していること、また光電変化効率は従来素
子では8.31%であつたが本発明素子では8.78%に
向上したことが確認された。
なお上述の実施例はpin構造の非晶質光起電力
素子に適用した構成を示したが、nip構造にも適
用し得ることは勿論である。
素子に適用した構成を示したが、nip構造にも適
用し得ることは勿論である。
更に低ドープ部3a,5aと高ドープ部3b,
5bとの相互の間隔については特に限定するもの
ではなく、例えば数百Å以下であればよい。
5bとの相互の間隔については特に限定するもの
ではなく、例えば数百Å以下であればよい。
以上の如く本発明素子にあつては、ドープ層に
おける光入射方向と直交する方向の平面内に低ド
ープ部と高ドープ部とを混在せしめたから、光の
入射によつて生成された電子、正孔はポテンシヤ
ルエネルギの差によつてP型層の場合、電子は高
ドープ部から低ドープ部と対応する側に、また正
孔は逆に低ドープ部から高ドープ部と対応する側
に夫々より低ポテンシヤル側に移動し、n型層で
はその逆に移動する結果、電子、正孔は相互に分
離され、ドープ層部分での相互の再結合を大幅に
抑制し得ることとなる。
おける光入射方向と直交する方向の平面内に低ド
ープ部と高ドープ部とを混在せしめたから、光の
入射によつて生成された電子、正孔はポテンシヤ
ルエネルギの差によつてP型層の場合、電子は高
ドープ部から低ドープ部と対応する側に、また正
孔は逆に低ドープ部から高ドープ部と対応する側
に夫々より低ポテンシヤル側に移動し、n型層で
はその逆に移動する結果、電子、正孔は相互に分
離され、ドープ層部分での相互の再結合を大幅に
抑制し得ることとなる。
第1図は本発明素子の断面構造図、第2図は本
発明素子におけるp型ドープ層付近のバンドモデ
ル図、第3図は同じくn型ドープ層付近のバンド
モデル図、第4図は本発明素子と従来素子との電
流−電圧特性を示すグラフ、第5図は従来素子の
断面構造図である。 1……透光低絶縁基板、2……透明導電膜、3
……p型層、3a……低ドープ部、3b……高ド
ープ部、4……i型層、5……n型層、5a……
低ドープ部、5b……高ドープ部、6……裏面電
極膜。
発明素子におけるp型ドープ層付近のバンドモデ
ル図、第3図は同じくn型ドープ層付近のバンド
モデル図、第4図は本発明素子と従来素子との電
流−電圧特性を示すグラフ、第5図は従来素子の
断面構造図である。 1……透光低絶縁基板、2……透明導電膜、3
……p型層、3a……低ドープ部、3b……高ド
ープ部、4……i型層、5……n型層、5a……
低ドープ部、5b……高ドープ部、6……裏面電
極膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 基板上に、膜平面が光の入射方向と直交する
ように積層された、一導電型半導体層、光電変換
機能を呈する真性の非晶質半導体層及び他導電型
半導体層とから成る非晶質光起電力素子に於い
て、 上記各導電型半導体層は、該層の膜平面方向に
配置された高ドープ部と低ドープ部とから成り、
これらドープ部は、上記真性の非晶質半導体層と
被着し、且つ該非晶質半導体層の該被着面に沿つ
て互いに隣接して配置されると共に、それら導電
型半導体層の各ドープ部は、一方の導電型半導体
層の高ドープ部が、上記真性の非晶質半導体層を
介して、他方の導電型半導体層の低ドープ部と対
向するように配置されていることを特徴とする非
晶質光起電力素子。 2 前記ドープ層はp型及び/又はn型非晶質半
導体層である特許請求の範囲第1項記載の非晶質
光起電力素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59217822A JPS6195577A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | 非晶質光起電力素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59217822A JPS6195577A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | 非晶質光起電力素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6195577A JPS6195577A (ja) | 1986-05-14 |
JPH0574950B2 true JPH0574950B2 (ja) | 1993-10-19 |
Family
ID=16710286
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59217822A Granted JPS6195577A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | 非晶質光起電力素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6195577A (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS52124888A (en) * | 1976-04-13 | 1977-10-20 | Sony Corp | Production of solar battery |
JPS56162883A (en) * | 1980-05-19 | 1981-12-15 | Shunpei Yamazaki | Semiconductor device |
JPS57160174A (en) * | 1981-03-30 | 1982-10-02 | Hitachi Ltd | Thin film solar battery |
-
1984
- 1984-10-16 JP JP59217822A patent/JPS6195577A/ja active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS52124888A (en) * | 1976-04-13 | 1977-10-20 | Sony Corp | Production of solar battery |
JPS56162883A (en) * | 1980-05-19 | 1981-12-15 | Shunpei Yamazaki | Semiconductor device |
JPS57160174A (en) * | 1981-03-30 | 1982-10-02 | Hitachi Ltd | Thin film solar battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6195577A (ja) | 1986-05-14 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |