Développement et analyse des performances métrologiques d'un banc de photoélasticimétrie infrarouge : application à l'étude des contraintes résiduelles dans des substrats de silicium cristallin pour l'industrie photovoltaïque

Development and analysis of the metrological performance of an infrared photoelasticity test rig : application for residual stress measurement inside crystal silicon wafers for solar applications

• Auteur / Autrice : Fabien Jagailloux
• Direction : Valéry Valle, Jean-Christophe Dupré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 18/02/2016
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Amal Chabli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valéry Valle, Jean-Christophe Dupré, René Rotinat, Jean-Daniel Penot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yvon Renotte, Pascal Picart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Procédés photomécaniques

Spectres infrarouges

Silicium -- Substrats

Contraintes résiduelles

Photoélasticité

Mots clés libres

Photoélasticité

Contraintes résiduelles

Silicium--Substrats

Spectre infrarouge

Procédés photomécaniques

Photoelasticity

Residual stresses

Silicon infrared spectra

Photomechanical processes

Résumé

Le silicium obtenu par croissance cristalline de lingots massifs est l'une des matière les plus utilisées dans l'industrie du photovoltaïque (PV) en tant que substrat. Des contraintes résiduelles faibles apparaissent durant les procédés thermiques et mécaniques de fabrications. Malgré leurs faibles intensités, ces contraintes sont néfastes et induisent des casses importantes durant la mise en forme et la mise en fonctionnement des cellules solaires. Le but de l'étude est de caractériser ces contraintes résiduelles. La photoélasticimétrie infrarouge est une méthode adaptée pour déterminer ces champs de contraintes de quelques MPa de façon non-destructive, sans contact et in-situ à l'échelle du substrat. Un dispositif spécifique a été développé afin de mener à bien l'étude. Les origines des contraintes résiduelles ont été mises en relation avec les différents procédés de fabrication.

During the fabrication of crystalline silicon wafers for solar panels, destructive residual stresses are induced. Both thermal gradient (cast or Czochralski process) and cutting processes (slurry or diamond wire based processes) bring these global stresses. Photoelasticimetry appears as a powerful method able to measure this low level of stresses. As an optical technique, it is non-destructive, contactless and it may be used in-situ. A full field automatic infrared polariscope has been made to study the residual stresses at the wafer level. The origin of the residual stresses has been dissociated. Two different cutting processes are mechanically compared.