Etude d'un procédé de recristallisation de plaquettes de silicium fritté pour la réalisation de cellules solaires photovoltaïques PDF Download
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Author: Pierre Bellanger (Spécialiste en matériaux).)
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Languages : fr
Pages : 140
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Book Description
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: Pierre Bellanger (Spécialiste en matériaux).)
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Languages : fr
Pages : 140
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Book Description
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: 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
Pages : 0
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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: KING.. KIS SION
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Languages : fr
Pages : 173
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NOUS AVONS ESSAYE DE REALISER DES CELLULES SOLAIRES EN SILICIUM POLYCRISTALLIN SUR VERRE. POUR CELA, NOUS AVONS TOUT D'ABORD EXAMINE LE DEPOT DE SILICIUM POLYCRISTALLIN A PARTIR DU DISILANE DANS L'ESPOIR DE POUVOIR ACCROITRE LA VITESSE DE DEPOT. AVEC CE GAZ, LE DEPOT N'EST UNIFORME QU'A BASSE TEMPERATURE (450-475 C). MALHEUREUSEMENT, A CES TEMPERATURES, LA VITESSE EST CEPENDANT DU MEME ORDRE DE GRANDEUR QUE CELLE OBTENUE AVEC LE SILANE, CE QUI REDUIT LES ATTRAITS DU DISILANE. ENSUITE, NOUS AVONS OPTIMISE LE DEPOT D'ITO PAR PULVERISATION CATHODIQUE RF MAGNETRON. L'ITO NOUS A SERVI DE CONTACT ELECTRIQUE SUPERIEUR CONDUCTEUR ET TRANSPARENT. DES COUCHES PEU RESISTIVES, D'ENVIRON 0,5 M CM ONT ETE OBTENUES. DIVERSES METHODES DE CARACTERISATION : RAYONS X, MESURES D'EFFET HALL, SUIVI DE LA CRISTALLISATION PAR LA CONDUCTANCE, PHOTOLUMINESCENCE, MESURES DE RESONANCE DE SPIN ELECTRONIQUE, ELLIPSOMETRIE ET MESURES DE PHOTOCOURANT MODULE, ONT ETE UTILISEES POUR DETERMINER LA QUALITE ET LA CRISTALLISATION DE COUCHES EPAISSES ( 1 M) DE SILICIUM POLYCRISTALLIN DEPOSE A PARTIR DU SILANE. AINSI, NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LA MEILLEURE QUALITE DES COUCHES DEPOSEES A UNE PRESSION DE 1000 BAR PAR RAPPORT A CELLES DEPOSEES A DES PRESSIONS INFERIEURES. LA REALISATION DE DIODES P#+IN#+ EN SILICIUM POLYCRISTALLIN A MIS EN EVIDENCE QUE LA GRAVURE D'UN MESA PERMETTAIT D'AUGMENTER LE REDRESSEMENT DE LA DIODE ET QU'UN RECUIT AU-DELA DU TEMPS NECESSAIRE A LA CRISTALLISATION DES COUCHES POUVAIT AVOIR DES CONSEQUENCES BENEFIQUES. NOUS AVONS ABOUTI AUX PARAMETRES SUIVANTS : UN COURANT EQUIVALENT DE COURT-CIRCUIT DE 2 MA/CM#2 ET UNE TENSION DE CIRCUIT OUVERT DE 0,2 V.
Author: Nicolas Richet
Publisher: EDP Sciences
ISBN: 9782759818273
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Languages : fr
Pages : 209
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Book Description
L'énergie photovoltaïque est aujourd'hui en plein essor. La part issue des panneaux solaires dans la production d'électricité est de plus en plus importante et connaître le fonctionnement physique et les moyens de production d'une cellule solaire en silicium devient inévitable dans ce domaine. Ce livre présente le mécanisme électronique régissant l'absorption d'un rayon lumineux par le silicium et la propagation du courant créé, en introduisant entièrement la théorie de la jonction p-n. L'auteur décrit dans une deuxième partie les transformations successives d'une plaquette en silicium en cellule solaire. Enfin, dans une troisième partie, les améliorations pour augmenter le rendement des cellules sont exposées et permettent de mieux comprendre comment la filière photovoltaïque se transforme. Destiné à des étudiants, ingénieurs et chercheurs, ce livre permet d'avoir une vue très complète sur les cellules solaires en silicium.
Author: Fatoumata Bintou Santara
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Languages : fr
Pages : 195
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Book Description
Les travaux réalisés portent sur l'étude technique d'un prototype de laboratoire, précurseur d'un procédé pilote industtiel 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 pennis la réalisation du prototype de laboratoire sans tirage de ruban. Nous avons mis au point le contrôle technique de la cristallisation et le contrôle de la vanne électromagnétique de rétention, validés sur de l'étain puis du silicium liquide, en testant différentes géométries de creusets munis de fentes. Nous avons également validé expérimentalement les solutions techniques relatives à ]a ségrégation des impuretés à partir d'une charge de composition connue en P, Fe, A] et Cu. Des lingots et des plaques de silicium ont été cristallisés à des vitesses de l'ordre de ]5 à 20cmlh, bien au-delà des vitesses habituellement utilisées en croissance cristalline. Les résultats d'analyses chimiques d'échantillons ont montré que l'écoulement turbulent, permet d'obtenir un coefficient de partage effectif kefFO,54 pour le phosphore, une des impuretés qui ségrégent mal dans ]e silicium en généra] (ku=O,3), pour une vitesse de cristallisation estimée à ]5cm/h. Trois modèles de calcul du coefficient keJ[ en régime turbulent on été développés en axisymétrique et en tridimensionnel. Les valeurs de kefr données par les modèles sont localement voisines de nos résultats obtenus à partir de ]'analyse chimique des échantillons cristallisés.
Author: Barbara Bazer-Bachi
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Languages : fr
Pages : 183
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Book Description
Ce travail de thèse propose un nouveau procédé de fabrication, compatible avec de faibles épaisseurs de substrat. En effet, à mesure que l’épaisseur diminue, la métallisation aluminium sur la face arrière engendre la courbure des cellules, limitant la fabrication des panneaux. L’usage d’un dopage au bore pour remplacer l’aluminium permet d’éviter la courbure. Il implique l’ajout d’une étape de diffusion, considéré comme coûteux. Le travail de cette thèse consiste donc en la diffusion des dopants N et P en une seule étape, par co-diffusion. La formation de l’émetteur, par dopage N, a été effectuée par diffusion dans un four à basse pression (Lydop). La réduction des recombinaisons dans l’émetteur, dues aux précipités SiP, est étudiée. La variation des paramètres de diffusion permet de constater leur influence sur la qualité passivante de l’émetteur. De plus, une étude du recuit du nitrure de silicium hydrogéné montre que l’hydrogène permet la passivation de l’émetteur. Le dopage P a été obtenu par la diffusion à partir d’un oxyde dopé au bore déposé par PECVD. La compréhension des mécanismes de diffusion à partir de l’oxyde dopé souligne l’importance de l’adaptation des débits de gaz précurseurs afin d’obtenir un dopage maximal, à une température modérée (850°C). Une fois les deux techniques maîtrisées, des cellules solaires ont été réalisées au laboratoire et chez Photowatt. L’amélioration de la qualité de l’émetteur permet d’obtenir un gain en rendement de la cellule. La co-diffusion du bore et du phosphore, est également appliquée. Elle permet de réaliser des structures avec des contacts arrière localisés et de constater sa faisabilité sur une cellule industrielle
Author: Maïlys Grau
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Les cellules photovoltaïques en couches minces de silicium cristallin sont des candidates prometteuses pour réduire le prix du watt-crête de l'énergie photovoltaïque, grâce à une très faible utilisation de silicium de haute pureté. Dans notre cas, les couches actives de silicium sont supportées par des substrats, de bas coût et compatibles avec les conditions de haute température nécessaires à une croissance cristalline rapide et de bonne qualité des couches. La société S'TILE développe ces substrats, par frittage à partir de poudres de silicium, et en recristallisant les plaquettes ainsi obtenues. Le but de cette thèse est de valoriser ce substrat pour l'industrie photovoltaïque et de démontrer qu'il est adapté à la fabrication de cellules solaires à bas coût et rendement élevé. Ces travaux utilisent le procédé d'épitaxie de silicium, qui est central pour fabriquer des cellules minces. Ils s'articulent autour de deux axes principaux. Le premier est la fabrication de cellules solaires et leur optimisation sur des substrats de référence monocristallins. Dans ce cadre, de nombreuses voies ont été explorées : l'utilisation de réflecteurs de Bragg en silicium poreux, l'optimisation du dopage de l'émetteur, la formation de gradients de dopage dans la base et l'utilisation de structures à émetteur en face arrière. Ces études ont permis d'évaluer le potentiel de ces différentes voies ; des résultats prometteurs pour l'amélioration du rendement de conversion des cellules sur couches minces ont été obtenus. Le second axe de la thèse est la fabrication de cellules sur les substrats frittés préparés par S'TILE et l'application des moyens développés dans le cadre du premier axe pour améliorer ces cellules. Les rendements encoura-geants obtenus ont ainsi démontré la faisabilité de cellules solaires sur les substrats réalisés par le procédé de frittage à bas coût développé par la société S'TILE.
Author: Ho-Sun Chung
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Languages : fr
Pages : 159
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Book Description
Rappel des principes de base de l'effet photovoltai͏̈que et paramètres physiques utilisés dans les programmes de calcul. Analyse des divers facteurs de perte qui limitent le RDT de la cellule solaire. Modèle de simulation sur ordinateur des cellules solaires en tenant compte des paramètres physiques et géométriques pour SI monocristallin et polycristallin. Modèle mathématique de la jonction N**(+)P Polycristalline. Procédés technologiques utilisés pour la réalisation des études (capacités MOS, cellules solaires). Etudes des cellules en SI polycristallin (étude de caractérisation électrique et optique, ce qui nous permet de connaître QQ paramètres physiques tels que durée de vie dans le substrat et rendement de conversion énergétique)
Author: Jean-Marie Lebrun
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Languages : fr
Pages : 0
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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.
