Etudes expérimentale et thermodynamique de la déphosphoration du silicium liquide pour des applications photovoltaïques
par Simon Favre
Thèse de doctorat en Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
Sous la direction de Guy Chichignoud, Ioana Nuta et de Kader Zaïdat.
Soutenue le 28-11-2017
à l'Université Grenoble Alpes (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Science et ingénierie des matériaux et procédés (Grenoble) (laboratoire) .
Le président du jury était Anne Kaminski-Cachopo.
Le jury était composé de Mimoun El Marssi, Mustapha Lemiti.
Les rapporteurs étaient Christine Guéneau, Erwann Fourmond.
- Déphosphoration
- Silicium liquide
- Photovoltaïque
- Phosphore
- Effet photovoltaïque
- Sustentation magnétique
- Silicium liquide
mots clés
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Résumé
Purifying silicon to a certain degree is needed in the photovoltaic industry. In the metallurgical route, phosphorus is removed from molten silicon in an induction vacuum refining furnace.This study presents the simulation of the silicon dephosphorization process that takes into account a neglected factor thus far, namely the residual oxygen amount.A thermodynamic assessment is performed for the Si - P system, and the phosphorus solubility in silicon is determined. Resulting activity coefficients are incorporated in an algorithm created to simulate this phenomenon. By also using other literature data, this program predicts the distillation time of a n-type silicon sample as well as its weight loss as a function of the oxygen pressure in the enclosure.The experimental validation of those results is intended with an electromagnetic levitation device. It enables to melt a silicon sample without any contaminant crucible and under a controlled atmosphere.
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Titre traduit
Thermodynamic and experimental investigations of the phosphorus removal from molten silicon for photovoltaic applications
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Résumé
La purification du silicium à un certain degré est requis pour l'industrie photovoltaïque. Par voie métallurgique, le phosphore est éliminé du silicium fondu dans un four à induction sous vide.Cette étude présente la simulation du processus de déphosphoration du silicium en prenant en compte un facteur jusqu'alors négligé, à savoir la présence d'oxygène résiduel.Un travail d'optimisation thermodynamique du système Si - P est effectué, où la solubilité du phosphore dans le silicium est notamment déterminée. Les coefficients d'activité qui découlent de celle-ci sont incorporés dans un algorithme créé pour simuler ce phénomène. En s'appuyant également sur des données issues de la littérature, ce programme prédit le temps de distillation d'un échantillon de silicium de type n ainsi que sa perte de masse en fonction de la pression d'oxygène dans l'enceinte.La validation expérimentale de ces résultats est envisagée en utilisant un dispositif de lévitation électromagnétique. Il permet de faire fondre un échantillon de silicium sans creuset contaminant et avec une atmosphère contrôlée.
Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.
