Etude des mécanismes d'oxydation et de frittage de poudres de silicium en vue d'applications photovoltaïques PDF Download
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Author: Jean-Marie Lebrun
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Languages : fr
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Book Description
La conversion photovoltaïque présente de nombreux avantages. Actuellement, les technologiesbasées sur l'élaboration de wafers de silicium cristallins dominent le marché, mais sont responsablesde pertes de matières importantes, très néfastes au coût de production des cellules. Le défi à releverest donc la réalisation de matériaux bas coûts en silicium par un procédé de métallurgie des poudres.Cependant, le frittage du silicium est dominé par des mécanismes de grossissement de grains quirendent la densification difficile par frittage naturel. Dans la littérature, l'identification de cesmécanismes est sujette à controverse. En particulier, le rôle de la couche d'oxyde natif (SiO2) à lasurface des particules de silicium reste inexploré. Dans ce manuscrit, l'influence de l'atmosphère surla réduction de cette couche de silice au cours du frittage est étudiée par analysethermogravimétrique. Les cinétiques de réduction sont en accord avec un modèle thermochimiqueprenant en compte, les quantités d'oxygène initialement présentes dans poudre, la pression partielleen espèces oxydantes autour de l'échantillon et l'évolution de la porosité du fritté. Pour la premièrefois, des données expérimentales permettent de montrer que la couche de silice inhibe legrossissement de grain. Des nouveaux procédés, basés sur un contrôle de l'atmosphère enmonoxyde de silicium (SiO(g)) autour de l'échantillon, sont alors proposés afin de maitriser la stabilitéde cette couche. Bien que la couche d'oxyde retarde les cinétiques de diffusion en volume, sonmaintien à des températures de 1300 - 1400 °C permet d'améliorer significativement la densification.Dans ces conditions, le comportement au frittage du silicium peut être séparé en deux étapes,clairement mises en évidences par la présence de deux pics de retrait sur les courbes de dilatométrie.Ce résultat est inhabituel compte tenu de l'aspect monophasé du matériau étudié. Cependant, il peutêtre expliqué à l'aide d'un modèle cinétique de frittage, basé sur des simplifications géométriques enaccord avec l'évolution microstructurale du matériau.
Author: Jean-Marie Lebrun
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Languages : fr
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Book Description
La conversion photovoltaïque présente de nombreux avantages. Actuellement, les technologiesbasées sur l'élaboration de wafers de silicium cristallins dominent le marché, mais sont responsablesde pertes de matières importantes, très néfastes au coût de production des cellules. Le défi à releverest donc la réalisation de matériaux bas coûts en silicium par un procédé de métallurgie des poudres.Cependant, le frittage du silicium est dominé par des mécanismes de grossissement de grains quirendent la densification difficile par frittage naturel. Dans la littérature, l'identification de cesmécanismes est sujette à controverse. En particulier, le rôle de la couche d'oxyde natif (SiO2) à lasurface des particules de silicium reste inexploré. Dans ce manuscrit, l'influence de l'atmosphère surla réduction de cette couche de silice au cours du frittage est étudiée par analysethermogravimétrique. Les cinétiques de réduction sont en accord avec un modèle thermochimiqueprenant en compte, les quantités d'oxygène initialement présentes dans poudre, la pression partielleen espèces oxydantes autour de l'échantillon et l'évolution de la porosité du fritté. Pour la premièrefois, des données expérimentales permettent de montrer que la couche de silice inhibe legrossissement de grain. Des nouveaux procédés, basés sur un contrôle de l'atmosphère enmonoxyde de silicium (SiO(g)) autour de l'échantillon, sont alors proposés afin de maitriser la stabilitéde cette couche. Bien que la couche d'oxyde retarde les cinétiques de diffusion en volume, sonmaintien à des températures de 1300 - 1400 °C permet d'améliorer significativement la densification.Dans ces conditions, le comportement au frittage du silicium peut être séparé en deux étapes,clairement mises en évidences par la présence de deux pics de retrait sur les courbes de dilatométrie.Ce résultat est inhabituel compte tenu de l'aspect monophasé du matériau étudié. Cependant, il peutêtre expliqué à l'aide d'un modèle cinétique de frittage, basé sur des simplifications géométriques enaccord avec l'évolution microstructurale du matériau.
Author: Alioune Sow
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Languages : fr
Pages : 227
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Book Description
Le défi majeur auquel est confrontée l'industrie du photovoltaïque est de trouver des solutions pour produire des cellules solaires présentant un rendement de conversion élevé et un faible coût de production. La fabrication de substrats de silicium pour des applications photovoltaïques par frittage de poudres de silicium est une des solutions prometteuses pour relever ce challenge. Ces substrats frittés peuvent être utilisés directement après une étape de recristallisation comme couche active de la cellule solaire. Préparés à partir de poudres de silicium de qualité métallurgique (Si-MG), ils peuvent servir également de substrats pour des cellules solaires en couche mince de silicium cristallin déposé par épitaxie. Cependant les impuretés métalliques présentes dans le substrat peuvent diffuser vers la couche active lors des différentes étapes thermiques intervenant lors de la fabrication de la cellule et dégrader ainsi le rendement. De plus des quantités importantes d'oxygène peuvent fragiliser le substrat fritté et limiter sa conductivité électrique. L'objectif principal de ces travaux de thèse est la mise au point et l'optimisation d'un procédé de purification des poudres et frittés de silicium et d'en comprendre les processus physiques et chimiques qui contrôlent la réaction. Durant ces travaux, des conditions optimales d'élaboration et de traitements minimisant l'oxydation des poudres ont pu être trouvées afin d'obtenir une bonne tenue mécanique des frittés et ainsi de mettre en œuvre les réactions de purification dont l'oxydation constitue un obstacle majeur. La mise au point d'une technique de purification des poudres Si-MG à l'état solide en présence d'un gaz chloré a permis de réduire de plus de 90 % les impuretés métalliques initialement présentes dans la poudre. Certaines impuretés telles que le Ti et le Mn sont réduites drastiquement déjà à 900 °C tandis que la réduction des concentrations en Fe par exemple est plus efficace à partir de 1100°C. Le développement d'un modèle d'exo-diffusion a permis de prédire l'évolution de la teneur en impuretés dans les poudres et de bien comprendre les mécanismes d'élimination de ces impuretés. La mise au point de protocoles expérimentaux visant à minimiser les sources de contamination durant le procédé de frittage ont mené à une réduction de la concentration d'éléments légers (C, O) dans le matériau fritté de 95%. Nous savons également qu'un traitement de recristallisation passant par la fusion du matériau fritté permettait de réduire drastiquement les teneurs en impuretés présentes dans le substrat ; ce traitement thermique utilisé pour améliorer la qualité cristalline permet en particulier de réduire les teneurs en oxygène et en impuretés métalliques. Par contre le carbone et les dopants (B, P) n'évoluent pas après recristallisation. Enfin en réalisant des cellules solaires sur des substrats frittés utilisant les protocoles de préparation des poudres et les traitements de recristallisation, nous avons montré que les substrats frittés permettaient d'obtenir des cellules solaires fonctionnelles.
Author: Youssouf Boye
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Languages : fr
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Les travaux de recherche menés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la réalisation de la technologie cellule solaire intégrée (i-Cell), qui est une technologie innovante de fabrication de cellules solaires à hauts rendements de conversion et à bas coût de production. L'i-Cell consiste en la réalisation de plusieurs cellules élémentaires ou sous-cellules, en feuilles minces de silicium cristallin purifié, qui sont connectées en série sur un substrat de Si fritté bas coût. La technologie i-Cell permet en effet la réduction du coût de la plaquette grâce à la faible épaisseur des feuilles de silicium et grâce à l'utilisation de substrats issus du frittage de poudres de silicium. Dans une telle structure la fonction photovoltaïque est assurée par la feuille mince de surface alors que le transport du courant et la fonction mécanique sont gérés par le substrat fritté ce quipermet de réduire les coûts de fabrication de la cellule. En effet, à l'instar des couches minces, on peut décomposer la couche active en cellules de faibles surfaces et ainsi produire sur une surface standard (156 x 156 mm2), une cellule dans laquelle circule un faible courant qui permet de réduire fortement la consommation des métaux précieux au sein de la cellule (Argent) et entre les cellules du module (Cuivre). En outre, la configuration des cellules à i-Cell permet de s'affranchir des busbars en Ag traditionnellement utilisés dans les technologies silicium. Ceci présente l'avantage d'éviter le masquage de la lumière et donc d'augmenter la puissance de la cellule. Ce travail de thèse s'articule sur deux axes de recherche principaux. Le premier est orienté sur l'étude de la cinétique d'oxydation thermique de substrats de silicium frittés poreux. Le deuxième axe concerne la réalisation du substrat fritté intégré et la réalisation des premiers prototypes d'i-Cells sur ces derniers. Ce travail a permis de démontrer la faisabilité de l'i-Cell et de réaliser des prototypes d'i-Cell sur le substrat fritté intégré. Des rendements de conversion PV supérieurs à 18% ont été ainsi obtenus.
Author: Abdelkrim Derbouz Draoua
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Languages : fr
Pages : 121
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Author: Pierre Bellanger (Spécialiste en matériaux).)
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Languages : fr
Pages : 140
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Aujourd'hui dans le domaine du photovoltaïque, les différentes étapes de fabrication de plaquettes de silicium restent trop chères, principalement en raison d'une forte consommation d'énergie et de matière première. En effet, environ 50 % de silicium est perdu durant l'étape de sciage des lingots et parmi les différentes voies explorées qui permettent d'éviter cette étape, le frittage de poudre de silicium est très prometteur pour la production de plaquettes de grande surface. L'entreprise S'tile située à Poitiers développe un nouveau procédé de fabrication de plaquettes composé de deux étapes : une étape de frittage basée sur la compression de poudre de silicium à haute température et une étape de recristallisation qui est nécessaire pour obtenir une structure cristalline adaptée à la réalisation de cellules photovoltaïque. Dans ce travail de thèse, l'échantillon est recristallisé par ZMR (Zone metting recristallisation) ou par FWR (Full Wafer Recristallisation). Dans un premier temps, une caractérisation structurale et chimique du matériau est réalisée. Les caractérisation électriques du matériau sont alors mesurées et la mobilité atteint des valeurs de 150 et 250 cm^(2).V^(-1 ).s^(-1) respectivement sur les échantillons recristallisés par FWR et par ZMR. Le dopage de type p est compris entre 5*10^(16) et 3*10^(17) at/cm3. La durée de vie atteint des valeurs de l'ordre de la microseconde. Après fabrication de cellules, un rendement de 8,9 % est obtenu en utilisant un procédé simplifié sans texturation. D'autres caractérisations comme la réponse spectrale, la thermographie infrarouge et la mesure de Suns-Voc sont aussi réalisées.
Author: Ahmed Belasri
Publisher: Springer Nature
ISBN: 9811554447
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 659
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This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
Author: Akoulou N'bana Béré
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Languages : fr
Pages : 153
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Author: Kyung-Hoon Yoon
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Category :
Languages : fr
Pages : 169
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ETUDE DE LA PROTECTION CONTRE L'OXYDATION DE CERAMIQUES POREUSES DE SI::(3)N::(4) ET SIC PAR UN REVETEMENT DE SIC OCTENU PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR. CINETIQUE DU FRITTAGE SOUS CHARGE DE BETA -SIC A 1800 **(O)C AVEC 1% DE B::(4)C: LE GLISSEMENT DES GRAINS LES UNS SUR LES AUTRES LIMITE LA DENSIFICATION. CINETIQUE DU DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR DE SIC SUR SUBSTRAT GRAPHITE: INFLUENCE DES PARAMETRES EXPERIMENTAUX (TEMPERATURE, PRESSION, DEBIT DE TETRAMETHYLSILANE ET DU GAZ DILUANT), MECANISMES REACTIONNELS, RELATIONS MICROSTRUCTURE/PROPRIETES. CINETIQUE D'OXYDATION DE SI::(3)N::(4) ELABORE PAR FRITTAGE REACTIF OU SIC FRITTE SOUS CHARGE: UN REVETEMENT DE SIC DE 5 MU M ASSURE LA MEILLEURE PROTECTION A 900-1500 **(O)C. ETUDE DES EFFETS DE L'ENVIRONNEMENT SUR LES PROPRIETES MECANIQUES
Author: PERNETTE.. BARLIER
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Languages : fr
Pages : 118
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LES EFFETS DE LA MICROSTRUCTURE DANS LA FORMATION ET LA MORPHOLOGIE DES COUCHES OXYDEES FORMEES, SE SONT REVELEES LIES A LA PRESENCE D'UNE COUCHE LIMITE GAZEUSE DE MONOXYDE DE SI A LA SURFACE DU MATERIAU ET QUI PROVOQUE L'ABAISSEMENT DE LA PRESSION PARTIELLE D'O::(2) A LA SURFACE DU NITRURE DE SI LIMITANT AINSI SON OXYDATION SUPERFICIELLE. MECANISMES CHIMIQUES INTERVENANT DANS LA CROISSANCE DE LA COUCHE D'OXYDES. LA PRESENCE D'AL SEMBLE AVOIR UNE INFLUENCE BENEFIQUE SUR LA RESISTANCE A LA RUPTURE DU MATERIAU OXYDE A HAUTE TEMPERATURE
Author: Antoine Malinge
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Languages : fr
Pages : 0
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