ETUDE DES TRANSFERTS DE CHALEUR ET DE MATIERE LORS DE LA PURIFICATION DU SILICIUM PAR FUSION SOUS PLASMA THERMIQUE REACTIF PDF Download
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Author: ELENI.. APOSTOLIDOU
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Languages : fr
Pages : 182
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Author: ELENI.. APOSTOLIDOU
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Languages : fr
Pages : 182
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Author: JOCELYN.. ERIN
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Languages : fr
Pages : 224
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LA TRANSPOSITION A UNE ECHELLE INDUSTRIELLE DU PROCEDE DE PURIFICATION DU SILICIUM PAR FUSION SOUS PLASMA THERMIQUE INDUCTIF REACTIF IMPOSE DE CONSIDERER DES APPLICATEURS CONCUS POUR DES PUISSANCES ELEVEES. IL S'AGISSAIT ALORS DE QUALIFIER LE PILOTE DE 25 KW EQUIPE D'UN APPLICATEUR A DOIGTS DE CUIVRE REFROIDIS PAR CIRCULATION D'EAU. POUR DES PLASMAS D'ARGON PUR, LE RENDEMENT ENERGETIQUE VARIE ENTRE 22 ET 40% POUR UNE PLAGE DE DEBITS SE SITUANT ENTRE 40 ET 80 1.MIN#-#1. L'INTRODUCTION D'HYDROGENE DANS CES PLASMAS CONDUIT A UNE ALTERATION DU RENDEMENT DE COUPLAGE INDUCTEUR-PLASMA MAIS EGALEMENT A UNE AUGMENTATION DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE AMELIORANT LES TRANSFERTS DE CHALEUR PLASMA-SILICIUM. LE RENDEMENT DE FUSION EST ALORS FAVORABLE AU PLASMA HYDROGENE (8 KW.H.KG#-#1 POUR UNE FUSION SOUS PLASMA ARGON-HYDROGENE (2%) CONTRE 40 KW.H.KG#-#1 SOUS PLASMA D'ARGON PUR). SUR LE PLAN DE L'ELABORATION DU MATERIAU, LE DEPLACEMENT RAPIDE DU FRONT DE FUSION ET LES GRADIENTS THERMIQUES ELEVES CONDUISENT A UN MATERIAU AYANT UN NOMBRE DE DEFAUTS ELEVE (DENSITE DE DISLOCATIONS: 10#6-10#7 CM#-#2). TOUTEFOIS QUAND LA RESISTIVITE EST SUPERIEURE A 1 OHM-CENTIMETRE, LES LONGUEURS DE DIFFUSION SE SITUENT ENTRE 20 ET 120 MICROMETRES ET LES RENDEMENTS PHOTOVOLTAIQUES OBTENUS SUR DES CELLULES DE FAIBLE DIMENSION (3 CM#2) SANS COUCHE ANTI-REFLET SONT COMPRIS ENTRE 5,5 ET 8%. LA CARACTERISATION PAR SPECTROSCOPIE I.R.T.F MONTRE L'APPARITION DE LIAISONS SI-H QUI PEUVENT PRESENTER UN CARACTERE PASSIVANT SI ELLES CORRESPONDENT A LA SATURATION DE LIAISONS PENDANTES. DE PLUS, A PARTIR DE CETTE ETUDE NOUS AVONS PU METTRE EN EVIDENCE LA REDUCTION DE LA CONCENTRATION EN OXYGENE DISSOUS DANS LE MATERIAU PAR LE TRAITEMENT SOUS PLASMA D'ARGON HYDROGENE. L'ANALYSE DES TRANSFERTS DE MATIERE LORS DE L'INTERACTION PLASMA-MATERIAU A ETE MENEE EN CONSIDERANT LE SILICIUM MAIS AUSSI LE GRAPHITE QUI PRESENTE LA PARTICULARITE D'ETRE SOLIDE DANS LES CONDITIONS THERMIQUES OU LE SILICIUM EST LIQUIDE. L'INFLUENCE DE LA CHIMIE DU PLASMA SUR LES PHENOMENES DE DIFFUSION ET D'EVAPORATION A ETE ETUDIEE. LE TRANSFERT DE TECHNOLOGIE SUR LE SITE INDUSTRIEL DE PHOTOWATT S'EST TRADUIT PAR L'ADAPTATION D'UN APPLICATEUR PLASMA SUR UN FOUR DE CRISTALLISATION. LES PREMIERS ESSAIS INDIQUENT UNE REDUCTION DU TEMPS DE FUSION DE 40%. LA COMPARAISON ENTRE LES CELLULES ELABOREES ET LES CELLULES STANDARD SOULIGNE UNE AMELIORATION DE LA DISTRIBUTION EN RENDEMENT PHOTOVOLTAIQUE
Author: SEBASTIEN.. MAGNAVAL
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Languages : fr
Pages : 224
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CE TRAVAIL OUVRE LE CHAMP EXPLORATOIRE DE L'ELABORATION DE COUCHES MINCES DE SILICIUM PAR DEPOT RAPIDE EN PLASMA THERMIQUE. L'OBJECTIF RECHERCHE EST L'OBTENTION D'UN MATERIAU DE HAUTE PURETE A PROPRIETE SEMICONDUCTRICE DANS LE CADRE DES APPLICATIONS PHOTOVOLTAIQUES. L'ETUDE EFFECTUEE EST CENTREE SUR LA MISE AU POINT D'UN PROCEDE DE FUSION DE PARTICULES DE SILICIUM DE DIAMETRES INITIALS VARIABLES (50 A 200 M) PAR TRANSFERT THERMIQUE ENTRE LE PLASMA ARGON/HYDROGENE ET LA PARTICULE. L'HYDRODYNAMIQUE DE L'ECOULEMENT, LES PROPRIETES DE TRANSPORT DU PLASMA, LES PROPRIETES PHYSIQUES DU MATERIAU CONSTITUENT LES PREMIERES ETAPES DU TRAVAIL A ANALYSER. IL CONVIENT EN PARTICULIER DE MESURER LE TEMPS DE SEJOUR DES PARTICULES DANS LES CHAMPS DE TEMPERATURES DU JET PLASMA ENGENDRE PAR LA TORCHE RF. CETTE ETUDE EXPERIMENTALE ASSOCIANT ANEMOMETRIE DOPPLER LASER, POUR LA MESURE DES VITESSES, ET EMISSION ATOMIQUE DES ESPECES DANS LE PLASMA, PERMET DE SUIVRE LES ECHANGES DE MATIERE SUR LA TRAJECTOIRE DES PARTICULES ET PAR LA MEME, PERMET DE REMONTER AUX ECHANGES DE CHALEUR RESPONSABLES DES PROCESSUS DE FUSION, D'EVAPORATION ET DE PURIFICATION DU MATERIAU. LA NATURE DU GAZ PLASMAGENE ET EN PARTICULIER LA TENEUR EN HYDROGENE DU MELANGE ARGON/HYDROGENE CONSTITUE UNE ETAPE IMPORTANTE PUISQU'ELLE AGIT SIMULTANEMENT SUR LES PHENOMENES DE TRANSFERT DE CHALEUR ET SUR LE PROCESSUS DE MODIFICATION CHIMIQUE DU MATERIAU (REDUCTION DES OXYDES, DIFFUSION DE L'HYDROGENE A CUR). LA QUALIFICATION DES COUCHES OBTENUES PAR MEB, XPS ET SPECROSCOPIE DE MASSE A PARTIR D'ECHANTILLONS TESTS PERMET DE RELIER LE PROCEDE DE FUSION ET L'ELABORATION D'UN MATERIAU COUCHE MINCE.
Author: PATRICK.. HUMBERT
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CETTE ETUDE A PORTE SUR LA MISE AU POINT D'UN PILOTE PLASMA DE 25 KW DESTINE A PURIFIER DU SILICIUM DE QUALITE METALLURGIQUE EN VUE D'OBTENIR UN MATERIAU REPONDANT AU CAHIER DES CHARGES DE L'INDUSTRIE PHOTOVOLTAIQUE. LA PREMIERE PARTIE DE CETTE ETUDE A CONSISTE A REALISER ET DEVELOPPER UN APPLICATEUR PLASMA DE HAUTE PUISSANCE (25-100 KW) CAPABLE DE REPONDRE AUX IMPERATIFS TECHNIQUES TOUT EN ANALYSANT LES RENDEMENTS ENERGETIQUES SUSCEPTIBLES D'ETRE OBTENUS SELON LES DIFFERENTES CONFIGURATIONS D'EXPLOITATION. A CES BILANS, NOUS AVONS JOINT LA QUALIFICATION DES SILICIUMS RECYCLES DE TYPE N OU P AFIN DE DEFINIR LES CONDITIONS OPERATOIRES OPTIMALES DANS LES DEUX CAS DE FIGURE. LA DEUXIEME PARTIE DE CETTE ETUDE IMPOSAIT D'ENVISAGER DEUX TYPES DE MATERIAUX: LE MATERIAU MASSIF ET LE MATERIAU EN POUDRE. POUR MENER A BIEN CE TRAVAIL, IL ETAIT INDISPENSABLE DE MODELISER LES PHENOMENES DE TRANSFERT DE MATIERE ET DE CHALEUR ENTRE UN PLASMA ET UNE PARTICULE, CE QUI NOUS CONDUIT A DEVELOPPER UN MODELE TENANT COMPTE DES REACTIONS CHIMIQUES EN COUCHE LIMITE. CETTE ETAPE A CONSTITUE UNE PHASE CAPITALE DE NOTRE MEMOIRE PUISQU'ELLE PERMET DESORMAIS D'ABORDER LA CHIMIE ET DE MIEUX COMPRENDRE LES PHENOMENES DE DECOMPOSITION ET DE PURIFICATION SOUS PLASMA. POUR CONCLURE ET VERIFIER CE MODELE, NOUS AVONS TRAITE LE CAS DE LA SYNTHESE DE POUDRES ULTRAFINES DE NITRURE DE SILICIUM ET DE NITRURE DE TITANE PAR VAPORISATION TOTALE DE POUDRES DANS UN PLASMA REACTIF. CETTE ANALYSE PERMET ALORS DE VALIDER LA DEMARCHE DE TRAITEMENT DE POUDRES DANS LE CAS D'UN MATERIAU PARFAITEMENT QUALIFIE
Author: Daniel Morvan
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Pages : 748
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Author: Audrey Soric
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Languages : fr
Pages : 217
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L'objectif de l'étude est de montrer l'influence de la polarisation de l'échantillon de silicium métallurgique (pureté de 99%), pendant son traitement plasma, sur les processus d'élimination de ses impuretés. L'échantillon de silicium est fondu sous plasma d'argon (P=17kW) puis, une fois liquide, un potentiel lui est imposé par l'intermédiaire de son substrat de graphite. Deux techniques d'analyse ont été développées pour le contrôle du procédé. La phase plasma est analysée à l'interface plasma-silicium liquide par OES afin de suivre la cinétique d'élimination des impuretés. La composition des échantillons avant et après traitement est, elle, caractérisée par LIBS. Ces deux méthodes de spectroscopie ont permis de démontrer l'influence du potentiel imposé sur les cinétiques d'évaporation des impuretés. Les résultats obtenus ont montré que les processus d'extraction des impuretés de type métallique étaient gouvernés par des réactions électrochimiques à l'interface plasma-silicium liquide.
Author: NICOLE.. MADIGOU
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Languages : fr
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CETTE ETUDE CONCERNE LA PURIFICATION DU SILICIUM (96 A 99% SI), PAR FUSION SOUS PLASMA REACTIF HAUTE FREQUENCE, DESTINE A LA PRODUCTION DE CELLULES SOLAIRES. LA PURIFICATION S'EFFECTUE GRACE AU TRANSFERT DE MATIERE ENTRE QUATRE PHASES: SI SOLIDE, SI LIQUIDE, LAITIER, PLASMA. LES DEUX THEMES PRINCIPAUX DEVELOPPES SONT LA RECHERCHE DU LAITIER LE PLUS EFFICACE, ET LE CONTROLE DU PROCEDE PAR UNE TECHNIQUE DE SPECTROSCOPIE ATOMIQUE MISE AU POINT AU LABORATOIRE POUR SUIVRE L'EVAPORATION DES ESPECES A L'INTERFACE LAITIER-PLASMA. LA PRESENCE D'OXYGENE DANS LE GAZ PLASMAGENE CONDUIT A LA FORMATION D'UN LAITIER DE SILICE PERMETTANT UNE ELIMINATION EFFICACE DES IMPURETES (CONCENTRATION EN IMPURETES INFERIEURE A 1 PPM). L'INTRODUCTION D'UN LAITIER FLUORE DE TYPE ALCALIN OU ALCALINO-TERREUX (1% EN POIDS DE SI TRAITE) AUGMENTE LE COEFFICIENT DE PURIFICATION QUI PEUT ALORS ATTEINDRE 100000 POUR CERTAINES IMPURETES. LE MECANISME D'ELIMINATION DU BORE A PU ETRE ANALYSE EN PARTICULIER A L'AIDE DU DISPOSITIF SPECTROSCOPIQUE. ON DEMONTRE LE ROLE IMPORTANT DE L'OXYGENE, NECESSAIRE A L'EVAPORATION DU BORE, ET DU FLUOR, LEQUEL AUGMENTE LA CINETIQUE DE TRANSFERT DE MATIERE. CES MESURES SPECTROSCOPIQUES PERMETTENT DE REMONTER A LA CINETIQUE DU BORE EN PHASE HETEROGENE ET DE DETERMINER QUE LA REACTION EST DU PREMIER ORDRE. LES CALCULS SPECTROSCOPIQUES PERMETTENT D'EVALUER LA TENEUR EN BORE, EN ACCORD AVEC LA CONCENTRATION MESUREE PAR ICP ET LES PROPRIETES PHOTOVOLTAIQUES. LE PROCEDE EST DE PLUS ADAPTE A L'AFFINAGE DE MATERIAUX DE RECYCLAGE (ELECTRONIQUE OU PHOTOVOLTAIQUE), POUR LESQUELS ON ATTEINT UN RENDEMENT DE CONVERSION DE 12%
Author: Cyrille Ndzogha
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Languages : fr
Pages : 0
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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.
Author: Sylvain Rousseau
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Languages : fr
Pages : 197
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L’objectif de ce travail est le développement d’un procédé de purification du silicium métallurgique par plasma thermique avec polarisation du silicium fondu, dans le but d’augmenter les cinétiques d’élimination des impuretés. Nous avons étudié l’effet simultané de la polarisation et de la composition du plasma sur les processus d’élimination des impuretés. Le suivi en ligne de la purification est effectué par Spectroscopie Optique d’Emission, ce qui permet de comprendre les processus de transfert de matière entre le silicium et le plasma. La composition avant et après traitement des échantillons de silicium, est quant à elle déterminée par LIBS et ICP. Ces trois méthodes basées sur la spectroscopie d’émission ont permis d’établir le rôle de la polarisation et de la composition du plasma sur l’élimination des impuretés. Ainsi, nous avons montré que les cinétiques d’élimination des impuretés métalliques étaient améliorées par l’application d’un potentiel anodique sur l’échantillon avec un traitement sous plasma composé de préférence d’argon pur exclusivement. En revanche, le potentiel électrique n’influe pas de façon sensible sur les cinétiques d’élimination du bore. Seule l’introduction simultanée d’hydrogène et d’oxygène permet de l’augmenter significativement. Par ailleurs, les analyses d’exodiffusion du deutérium ont permis de montrer l’effet du potentiel électrique sur le dopage du silicium par l’hydrogène. L’étude de l’interaction des impuretés avec leur environnement nous conduit à proposer un mécanisme chimique et électrochimique d’élimination des impuretés du bain de silicium fondu.
Author: ROSSANA.. MARONGIU-COMBES
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Languages : fr
Pages : 245
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Ce travail a porté sur l'étude des mécanismes de purification du silicium par plasma inductif oxygène en présence d'un laitier fluore sous polarisation. Nous avons focalisé notre travail sur l'élimination du bore et du phosphore qui sont les deux principaux dopants du silicium. La première partie de cette étude a consisté à établir et comparer les diagrammes thermochimiques de stabilité des composés du bore et du phosphore en présence de Baf#2, Caf#2 et Mgf#2. Nous avons conclu qu'en présence de fluor et d'oxygène le bore était éliminé sous forme d'un composé volatil: bof. Nous avons pu déduire que Baf#2 est le meilleur laitier pour l'élimination du bore. Nous avons également mis en évidence la nécessité d'imposer un potentiel au matériau au cours du traitement. La seconde partie de ce travail a consisté à suivre l'élimination du bore au cours du traitement par spectroscopie d'émission en ligne. Nous avons alors pu confirmer que Baf#2 permettait l'élimination du bore la plus importante. De plus, l'imposition d'un potentiel anodique augmente l'évaporation du bore. Nous avons déduit que la polarisation anodique stabilise les espèces clés des mécanismes de purification: les anions O#2# et F#. L'efficacité du laitier fluore a également été mise en évidence dans le cas de l'élimination du phosphore. La stabilisation de l'anion O#2# permet la formation dans la goutte liquide d'oxydes volatiles du phosphore (P#4o#6, Po#2) dont l'évaporation s'ajoute a celle du phosphore gazeux. Enfin, nous avons procédé a l'étude physico-chimique du matériau après traitement. nous avons déterminé que la présence de Baf#2 augmente la ségrégation des impuretés aux joints de grain et abaisse la viscosité de la goutte liquide, ce qui augmente la taille de l'interface plasma-bain liquide et donc l'efficacité du traitement. L'analyse du matériau après traitement (ICP, ESCA) a permis de confirmer les conclusions obtenues
