Semi-continuous elaboration of multicrystalline silicon in inductive cold crucible
Elaboration semi-continue de silicium multicristallin en creuset froid inductif
Résumé
The inductive cold crucible technique has many advantages for development multicrystalline silicon photovoltaic elaboration. Nevertheless, the physical characteristics of this semiconductor make delicate the development of the process. So this work proposes an experimental approach of a new production technique, as well as a numerical modeling of electromagnetic and thermal phenomena.
La technique du creuset froid inductif présente de nombreux avantages pour l’élaboration de silicium multicristallin à usage photovoltaïque. Pourtant, les particularités physiques de ce semiconducteur rendent la mise au point du procédé délicate. Aussi le présent travail propose-t-il une approche expérimentale de la technique d’élaboration, complétée par une modélisation numérique des phénomènes électromagnétique et thermique.
Une première phase de l’étude expérimentale a permis de concevoir une installation adaptée au matériau. Elle comporte un creuset froid spécifique dans lequel le silicium forme une zone fondue alimentée par des déchets. Une billette solide est tirée en continu. Un manchon de détensionnement contrôle le refroidissement du solide. Des billettes de section circulaire et carrée ont été élaborées. La macrostructure de solidification montre qu’une sélection opère en cours de croissance. Les mécanismes de sélection sont discutés sur la base d’une croissance par macles en régime dendritique. Les observations ont également porté sur l’état de surface des billettes et la fissuration du matériau en relation avec les conditions opératoires.
Le logiciel multiméthodes Malice a été conçu pour étudier les phénomènes couplés intervenant dans le procédé. Une modélisation magnéto-thermique de l’élaboration de silicium a permis d’étudier l’influence de la vitesse de tirage, de la puissance injectée dans le matériau et des échanges thermiques entre la billette d’une part et le creuset ou le manchon d’autre part. Dans son évolution future, le modèle numérique est destiné à orienter l’expérience par l’analyse des résultats et à dimensionner des installations industrielles.
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