Dans le contexte du développement actuel du marché du silicium photovoltaïque, le besoin en silicium de qualité solaire s'accompagne du développement de procédés visant à en améliorer la qualité et la pureté à moindre coût. Les travaux réalisés au cours de cette thèse portent sur l'étude technique d'un prototype de laboratoire, précurseur d'un procédé pilote industriel innovant d'élaboration de silicium sous forme de ruban pour le photovoltaïque, et sur l'étude scientifique de la ségrégation des impuretés lors de la solidification du silicium sous un fort brassage électromagnétique. Des études numériques et expérimentales menées en parallèle ont permis la réalisation du prototype de laboratoire sans tirage de ruban. Nous avons testé les points durs du procédé en mettant au point le contrôle thermique de la cristallisation et le contrôle de la vanne électromagnétique de rétention, validés sur de l'étain puis du silicium liquide. Nous avons testé différentes géométries de creusets munis de fentes de différentes dimensions. Nous avons également validé expérimentalement les solutions techniques relatives à la ségrégation des impuretés à partir d'une charge de composition connue en Phosphore, Fer, Aluminium et Cuivre. Des lingots (5cm de haut) et de plaques (~2mm d'épaisseur) de silicium ont été cristallisés (solidification directionnelle) à des vitesses de l'ordre de 15 à 20cm/h, bien au-delà des vitesses habituellement utilisées en croissance cristalline. Les résultats d'analyses chimiques d'échantillons ont montré que l'écoulement turbulent, résultant du fort brassage électromagnétique, permet d'obtenir un coefficient de partage effectif keff=0,54 pour le phosphore, une des impuretés qui ségrégent mal dans le silicium en général (k0=0,3), pour une vitesse de cristallisation estimée à 15cm/h. La vitesse de brassage calculée par modélisation numérique dans les mêmes conditions que l'expérience peut dépasser 1m/s, ce qui est suffisamment intense pour empêcher l'accumulation des impuretés à l'interface liquide/solide pendant la cristallisation, en les homogénéisant dans le fluide. Trois modèles de calcul du coefficient de partage effectif keff en régime turbulent on été développés, en axisymétrique et en tridimensionnel (calculs électromagnétiques et magnéto-hydrodynamiques). Les valeurs de coefficient effectif de partage keff données par les modèles sont localement voisins de nos résultats obtenus à partir de l'analyse chimique des échantillons cristallisés.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00526496 |
| Date | 06 July 2010 |
| Creators | Santara, Fatoumata Bintou |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | PhD thesis |
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