Développement de procédés plasma pour l'élaboration et la caractérisation du silicium photovoltaïque : dépôt de couches minces épitaxiées de silicium par PECVD : mesure de la pureté du silicium à l'état solide ( 20°C) et liquide (1414°C) par LIBS

Development of plasma processes for the elaboration and characterization of photovoltaic silicon : deposit of thin layers épitaxiées of silicon by PECVD : measure of the purity of the silicon in the solid state (20°C) and liquid (1414°C) by LIBS

• Auteur / Autrice : Rafik Benrabbah
• Direction : Daniel Morvan, Malek Benmansour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 27/04/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Régnier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Baptiste Sirven, Siméon Cavadias, Michaël Tatoulian
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Lincot, Patrick Echegut

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes photovoltaïques

Silicium -- Couches minces

Mots clés libres

Photovoltaïque

Couches-minces

Silicium cristallin

PECVD

LIBS

Dopants

Renewable energy

Thin layer

Résumé

Aujourd’hui, le principal facteur limitant le photovoltaïque est le prix élevé du kWh produit par les modules PV. Pour faire face à cette difficulté, les recherches actuelles se concentrent autour de plusieurs leviers et solutions alternatives : la réduction du coût énergétique avec notamment la réduction du coût de la matière première, qui consiste en la diminution de l’épaisseur des wafers de silicium, ou encore l’élaboration de cellules en couches minces de silicium. Ce dernier procédé a pour but de s’affranchir de l’étape de sciage des blocs de silicium, nécessaire pour la réalisation de plaquette photovoltaïque de faible épaisseur. C’est cette dernière approche qui nous a conduits à proposer un procédé d’élaboration de couches minces à l’aide d’un plasma et du chauffage du substrat. Par ailleurs, quel que soit le procédé choisi pour atteindre la cristallinité et la pureté exigées pour le grade solaire, il est nécessaire de disposer de technique analytique multiélémentaire pour contrôler l’évolution de la pureté en fonction des paramètres. La LIBS que nous avons développée au laboratoire offre l’opportunité de répondre à ces attentes : très basses limites de détection tout en permettant un suivi en ligne du silicium à l’état solide ou en fusion.

Today, the main limiting factor of PV is the high price of electricity production by the PV modules. To cope with this difficulty, current researches focus on several ways and alternatives solutions: reducing energy costs including reducing the cost of the raw material, which consists in reducing the thickness of silicon wafers or in the development of cells in thin silicon layers. The latter process is intended to overcome the sawing step of silicon ingots which is necessary for the realization of photovoltaic wafer. It is this very approach that led us to develop a method to prepare thin films by using plasma and heating the substrate. Moreover, whatever the method chosen to achieve the required crystallinity and purity for solar grade, it is necessary to have a multi-elements analytical technique to control the evolution of purity. In our laboratory, we have developed LIBS which can meet these expectations, i-e very low detection limits while allowing online tracking of silicon in solid or liquid state.