Etudes des phénomènes d’échange dans la purification du silicium par plasma et induction - Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Studies of exchange phenomena in the purification of silicon by plasma and induction

Etudes des phénomènes d’échange dans la purification du silicium par plasma et induction

Résumé

This thesis focuses on a plasma process of purification of silicon for photovoltaic applications. It is applied to two types of materials: metallurgical silicon and recycling products from sawing sludge ingots and from wafers of photovoltaic industry. Platelet sawing sludge consist mainly of cutting fluid, SiC particles (abrasive), silicon microparticles and iron micro-particles from the cutting wire. Silicon sludge is a high-purity silicon, which is already of photovoltaic quality. It can represent 60% of the original weight of the ingot. The present process comprises a SiC phase separation by centrifugation, followed by chemical elimination phase of the iron, then a reactive plasma treatment for removing residual SiC. This work deals with this last phase. A more complex treatment than originally planned was made necessary by the existence in the SiC particles of sawing sludge from the initial breaking of the abrasive grains. Separation of SiC is incomplete, the plasma treatment had to remove much larger quantities than originally planned. This required a significant modification of the original process, and the setting of a pre-treatment phase point intended to make it usable by the product of the plasma separation. This work combines theoretical studies, numerical modeling and experimentation. Thermodynamic modeling to determine the best conditions for the removal of pollutants (adapted reactive gases, flow rates, temperatures, pressures) whereas modeling the electromagnetic measurement brewing efficiency renewing the surface of the liquid bath during treatment.
Ce travail de thèse porte sur un procédé plasma de purification de silicium pour usages photovoltaïque. Il est appliqué à deux types de matériaux : du silicium d’origine métallurgique et des produits de recyclage des boues de sciage des lingots et des plaquettes de la filière photovoltaïque. Les boues de sciage des plaquettes sont essentiellement constituées de liquide de coupe, de particules de SiC (abrasif), de microparticules de silicium et de microparticules de fer provenant du fil de découpe. Le silicium de ces boues est un silicium de haute pureté, qui est déjà de qualité photovoltaïque. Il peut représenter jusqu’`a 60 % du poids initial du lingot. Le procédé objet du projet comporte une phase de séparation du SiC par centrifugation, suivi d’une phase d’élimination chimique du fer, puis d’un traitement par plasma réactif pour l’élimination du SiC résiduel. Ce travail porte sur cette dernière phase. Un traitement plus complexe que celui initialement prévu a été rendu nécessaire par l’existence dans les boues de sciage de particules de SiC provenant du bris des grains de l’abrasif initial. La séparation du SiC étant incomplète, le traitement par plasma a dû éliminer des quantités beaucoup plus importantes qu’initialement prévu. Cela a nécessité une modification importante du procédé initial, et la mise au point de phase de pré-traitement destiné à rendre exploitable par le plasma le produit issu de la séparation. Ce travail combine études théoriques, modélisations numériques et expérimentation. La modélisation thermodynamique permet de déterminer les meilleures conditions d’élimination des polluants (gaz réactifs adaptés, débits, températures, pressions) tandis que la modélisation du brassage électromagnétique mesure l’efficacité du renouvellement de la surface du bain liquide au cours du traitement.
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Dates et versions

tel-01340596 , version 1 (01-07-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01340596 , version 1

Citer

Cyrille Ndzogha. Etudes des phénomènes d’échange dans la purification du silicium par plasma et induction. Génie des procédés. INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01340596⟩

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