Étude expérimentale et numérique de la précipitation d’impuretés et de la formation des grains dans le silicium photovoltaïque - Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Experimental and numerical study of the precipitation of impurities and grain formation in silicon photovoltaics

Étude expérimentale et numérique de la précipitation d’impuretés et de la formation des grains dans le silicium photovoltaïque

Résumé

The rapid evolution of photovoltaic silicon cells production induced to use a silicon with a lower purity. This silicon involves silicon carbide and silicon nitride precipitation which lead to new undesirable morphological structure called grits. However physico-chemical parameters which control these phenomenons are still unknown. Thereby, we developed an experimental levitation set-up under ultra high vacuum which allows measuring nucleation undercooling of silicon containing known concentration of carbon and nitrogen. The results showed a rapid decrease of the undercooling whith increasing impurities concentration. In parallel a facetted to equiaxed facetted transition model has been developed. Using analytical theoretical models, it allows predicting the columnar facetted to equiaxed facetted transition all along the ingot solidification and the grain size distribution.
L'évolution de la production mondiale de cellule photovoltaïque a entraîné une pénurie en silicium de haute pureté. Le silicium de qualité moindre provoque, lors de la cristallisation, l'apparition de morphologies indésirables (grits) dues à la précipitation de carbure et de nitrure de silicium. Cependant les paramètres physico-chimiques liés à ces phénomènes sont encore inconnus. Dans ce but, nous avons développé une expérience de lévitation électromagnétique sous ultra vide permettant de mesurer la surfusion de germination du silicium en présence de carbone et d'azote dans des conditions contrôlées. Les résultats ont montré une diminution drastique de la surfusion en augmentant la concentration en impureté. En parallèle un modèle de transition facetté-équiaxe a été développé. En s'appuyant sur des modèles analytiques, il permet de prédire les transitions colonnaires-grits au cours de la solidification d'un lingot ainsi que la répartition en taille des grains dans les zones de grits.
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Dates et versions

tel-01331179 , version 1 (13-06-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01331179 , version 1

Citer

Mickaël Beaudhuin. Étude expérimentale et numérique de la précipitation d’impuretés et de la formation des grains dans le silicium photovoltaïque. Electromagnétisme. Institut Polytechnique de Grenoble, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01331179⟩

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