Etudes expérimentale et thermodynamique de la déphosphoration du silicium liquide pour des applications photovoltaïques

Thermodynamic and experimental investigations of the phosphorus removal from molten silicon for photovoltaic applications

• Auteur / Autrice : Simon Favre
• Direction : Guy Chichignoud, Ioana Nuta, Kader Zaïdat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Soutenance le 28/11/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et ingénierie des matériaux et procédés (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Anne Kaminski-Cachopo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mimoun El Marssi, Mustapha Lemiti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Guéneau, Erwann Fourmond

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium liquide

Sustentation magnétique

Effet photovoltaïque

Phosphore

Mots clés libres

Déphosphoration

Silicium liquide

Photovoltaïque

Phosphorus removal

Molten silicon

Photovoltaic

Dephosphorization

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.

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.