Dépôt électrolytique et électroraffinage du silicium en milieux de fluorures fondus

par Anne-Laure Bieber

Thèse de doctorat en Génie des procédés et de l'environnement

Sous la direction de Laurent Massot.

Soutenue en 2011

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    L'accroissement continuel de la consommation d'énergie favorise le développement des énergies renouvelables, notamment le solaire photovoltaïque. Afin de diminuer le coût du kWh photovoltaïque, l'une des alternatives pourrait être le retraitement électrochimique des déchets concentrés en silicium permettant d'obtenir du silicium purifié. Le sujet de ce travail de thèse est d'évaluer la faisabilité de l'électroraffinage du silicium en milieux de fluorures fondus, notamment avec l'obtention d'un dépôt de silicium exempt de sel. L'étude électrochimique a montré que la concentration en ions Si(IV) évoluait au cours du temps après un ajout de soluté Na2SiF6 selon l'équation : SiF6+xx- = SiF4(g) + x F-. Pour limiter ce phénomène, différentes conditions opératoires ont été testées afin d'optimiser le dépôt de silicium. L'utilisation de la réaction d'équilibre entre les ions Si(IV) et l'espèce gazeuse SiF4 a permis de comparer les différents milieux entre eux et donc de choisir le bain le plus approprié au dépôt de silicium : l'eutectique NaF-KF. Ces résultats ont été mis en relation avec la notion plus fondamentale de fluoroacidité. Puis, l'influence du matériau cathodique et de la densité de courant sur la rugosité et l'adhérence du dépôt électrolytique de silicium a été mise en évidence dans une gamme de température de 800 à 900°C. Enfin, un alliage Si-Fe a été utilisé comme anode pour les expériences d'électroraffinage. L'utilisation du MEB a permis de mettre en évidence une dissolution sélective du silicium à l'anode. Des dosages du bain et du dépôt de silicium, par ICP-AES, ont permis de conclure respectivement que le fer ne se dissolvait pas dans le bain et ne se déposait pas à la cathode. Des dépôts de silicium d'une pureté supérieure à 99,9% ont été obtenus par électroraffinage avec des taux de récupération de 99%.

  • Titre traduit

    Silicon electrodeposition and electrorefining in molten fluoride salts


  • Résumé

    The constant increase of energy consumption encourages the renewable energies, especially photovoltaics. To decrease the photovoltaic kWh cost, one possible option is the electrochemical recycling of silicon-concentrated waste to obtain purified silicon. This thesis concerns the silicon electrorefining feasibility in molten salts, more particularly the achievement of a pure silicon deposit. The electrochemical study showed that the Si(IV) ions concentration varied versus time after a Na2SiF6 solute addition according to the reaction : SiF6+xx- = SiF4(g) + x F-. To limit this phenomenon, different operating conditions were tested out to optimize the silicon deposit. The use of the equilibrium reaction between Si(IV) ions and SiF4 gaseous species allowed to compare the different media together and then choose the most appropriate salt for silicon deposit : NaF-KF eutectic. These results were related to the more fundamental notion of fluoroacidity. Then, the influence of the cathodic substrate and the current density on the deposit adherence and roughness was discussed in a 800-900°C temperature range. Finally, Si-Fe alloy was used as anode for electrorefining experiments. SEM characterisations highlighted silicon selective dissolution. Salt and silicon deposit ICP-AES analyses showed that iron was not dissolved into the mixture and was not reduced on the cathode. Silicon deposits with a purity higher than 99. 9% were obtained by electrorefining with a recovery efficiency of 99%.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (181 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 TOU3 0271
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