A low-cost method to improve solar cell performance by water treatment. 水処理による太陽電池性能向上の低コストな方法

Dr. M. Hasumi and Dr. T. Sameshima from our department have developed a novel method to improve the performance of crystalline silicon (for solar cells) by passivating the cut edges with heat treatment in liquid water. 東京農工大学(化学物理工学科)の鮫島博士と蓮見博士らのグループは、水中での熱処理により結晶シリコン(太陽電池用)の切断面と表面に薄い酸化物層を形成することで、太陽電池の品質を向上させる新しい方法を開発しました。その成果は、応用物理学会誌に掲載されました。

Schematic image of heat treatment in liquid water at 90 °C.

They have developed a method to improve the quality of n-type crystalline silicon wafers by coating the cut edges with thin oxide layers. They achieved this by heating the wafers in water for a short time and then in air for a longer time. The mechanical cutting process reduced the quality of the wafers, which affected how well they could convert light into electricity. Their method improved the quality of the wafers, especially near the cut edges. They used a simple model to analyze the results. They found that our method reduced the loss of electric charge at the cut edges, while increasing it slightly at the surface, likely because of the electric field effect. The passivation layer was stable for a long time. 結晶シリコン太陽電池は、太陽光を電気に変換するために広く利用されていますが、切断面での電荷の損失が高く、効率や信頼性が低下するという問題があります。研究グループは、シリコンウェーハーを短時間水中で加熱した後、長時間空気中で加熱することで、切断面と表面に薄い酸化物層を形成するという簡便で低コストな技術を提案しました。この処理により、ウェーハーの品質が向上し、特に切断面付近で太陽光を電気に変換する能力が高まりました。研究グループは、簡単なモデルを用いて結果を分析しました。切断面での電荷の損失が大幅に減少し、表面での電荷の損失がわずかに増加することを見出しました。表面での電荷の損失の増加は、電界誘起効果によるものと考えられます。酸化物層は長期間安定していました。

Their method is simple, low-temperature, and low-cost, and it can improve the quality of both the cut edges and the bare surfaces of crystalline silicon. This could be useful for making better photo-sensors and photovoltaic devices, but more research is needed. この方法は、結晶シリコンの切断面と表面の両方の品質を向上させることができる簡便で低温で低コストな方法です。この方法は、高性能な光センサーや太陽電池の製造に有用であると考えられますが、さらなる研究が必要です。

Schematic of apparatus for a 9.35 GHz microwave transmittance measurement system for measuring τeff of sample wafers with 635 nm light illumination (a). Image of experimental measurement of τeff spatial distribution across the cut edge (b). Top view of the sample arrangement and definition of X-coordinates (c). 635 nm光照射 (a) で試料ウエハのτeffを測定するための9.35 GHzマイクロ波透過率測定システムの装置の概略図。切断端を横切るτeff空間分布の実験測定の画像 (b) 。サンプルの配置とX座標の定義の上面図 (c) 。


Passivation of cut edges of crystalline silicon by heat treatment in liquid water

Masahiko Hasumi1, Toshiyuki Sameshima1 and Tomohisa Mizuno2

2023 The Japan Society of Applied Physics

Japanese Journal of Applied Physics 62, SK1022 (2023)