Cristallisation du silicium photovoltaïque sous induction électromagnétique : étude d'une vanne de rétention et de la ségrégation sous brassage

par Fatoumata Bintou Santara

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides, énergétique, procédés

Sous la direction de Yves Delannoy.

Soutenue en 2010

à Grenoble, INPG .


  • Résumé

    Les travaux réalisés portent sur l'étude technique d'un prototype de laboratoire, précurseur d'un procédé pilote industtiel innovant d'élaboration de silicium sous forme de ruban pour le photovoltaïque, et sur l'étude scientifique de la ségrégation des impuretés lors de la solidification du silicium sous un fort brassage électromagnétique. Des études numériques et expérimentales menées en parallèle ont pennis la réalisation du prototype de laboratoire sans tirage de ruban. Nous avons mis au point le contrôle technique de la cristallisation et le contrôle de la vanne électromagnétique de rétention, validés sur de l'étain puis du silicium liquide, en testant différentes géométries de creusets munis de fentes. Nous avons également validé expérimentalement les solutions techniques relatives à ]a ségrégation des impuretés à partir d'une charge de composition connue en P, Fe, A] et Cu. Des lingots et des plaques de silicium ont été cristallisés à des vitesses de l'ordre de ]5 à 20cmlh, bien au-delà des vitesses habituellement utilisées en croissance cristalline. Les résultats d'analyses chimiques d'échantillons ont montré que l'écoulement turbulent, permet d'obtenir un coefficient de partage effectif kefFO,54 pour le phosphore, une des impuretés qui ségrégent mal dans ]e silicium en généra] (ku=O,3), pour une vitesse de cristallisation estimée à ]5cm/h. Trois modèles de calcul du coefficient keJ[ en régime turbulent on été développés en axisymétrique et en tridimensionnel. Les valeurs de kefr données par les modèles sont localement voisines de nos résultats obtenus à partir de ]'analyse chimique des échantillons cristallisés.


  • Résumé

    This thesis is related on first hand to the technical study of a laboratory experimental set up, precursor of an innovative industrial ribbon growth process for photovoltaics, and on second hand to the scientific study of the segregation of impurities during the solidification of silicon under a strong electromagnetic stining. Numerica] and experimenta] studies, led in parallel, enabled to realize an experimenta] set up in our laboratory, without ribbon pulling. We managed the thennal control of the crystallization and we developed the system of electromagnetic retention. Those points were va]idated using mo]ten tin then liquid silicon. Various geometries of crucible were tested. We also validated experimentally the technical solutions related to the segregation of the impurities from a silicon feedstock ofknown composition in P, Fe, AI and Cu. Ingots and ]ayers of silicon were crystallized with high growth rates around 15 to 20cm/h, well above the usual crystal growth rates. The results of chemical analyses of samples showed that the turbulent flow resulting from the strong electromagnetic stining enable a coefficient of effective segregation k,rFO,54 for the phosphorus, one of the impurities which hardly segregates in silicon (ku=O,3) for a crystallization rate estimated to ]5cm/h. We developed three numerica] models to calculate the effective coefficient of segregation kefr in tUlbulent regime, in axially symmetric and in three-dimensiona] configurations. The values of kef! given by the models are locally close to our

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. ( 195 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 127 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS10/INPG/0052/D
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible sous forme de reproduction pour le PEB
  • Cote : TS10/INPG/0052
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.