Modéliser et optimiser le processus de purification du silicium photovoltaïque par solidification dirigée

Acronyme :
Domaine : Sciences pour l’Ingénieur
Code Campus France : 36951NG
Code PHC : 17MAG23

FRANCE

HENRY Daniel

Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique, Ecole Centrale de Lyon

TUNISIE

KADDECHE Slim

MAROC

MEZRHAB Ahmed

Université Mohammed 1, Oujda

ALGERIE

BOUABDALLAH Ahcene

RESUME

Un des problèmes principaux limitant la qualité des lingots de silicium est lié à la distribution non-uniforme des impuretés dans les lingots. Ces variations relatives de concentration en impuretés, connues sous le nom de ségrégations, sont initiées dans le bain fondu liquide : elles sont inhérentes au processus de solidification (phénomène de rejet des impuretés à l’interface de croissance), mais sont aussi fortement influencées par les mouvements de convection, souvent complexes et de nature non-linéaire, qui y prennent naissance. Ces variations de concentration en impuretés sont ensuite piégées dans la phase solide tout au long du processus de solidification.
L’objectif de notre projet est de mieux contrôler ces phénomènes de ségrégation ayant lieu en cours de croissance afin d’améliorer la purification des lingots de silicium. Dans cette optique, plusieurs axes de travail ont été proposés. Nous voulons tout d’abord bien caractériser les mouvements de convection générés dans des cavités différentiellement chauffées, représentatives des bains fondus de silicium. Nous proposons ensuite des moyens d’améliorer la purification par ségrégation, d’une part en s’intéressant au contrôle de cette convection et d’autre part en étudiant comment créer des écoulements efficaces en terme de mélange par acoustic streaming ou vibrations hautes fréquences. Nous souhaitons enfin caractériser la ségrégation, numériquement par simulation de processus de solidification avec avancée de l’interface solide/liquide, expérimentalement par mesures électrochimiques en utilisant le lien existant entre cisaillement à l’interface et ségrégation.
Un autre objectif du projet est de voir ce qui se fait en matière d’énergies (énergies renouvelables, économies d’énergie) dans les trois pays du Maghreb et de partager les expériences, afin de susciter des développements dans ce domaine qui prennent appui sur les spécificités et richesses de ces pays.

PUBLICATIONS MAJEURES

• (2019). Theoretical and numerical study on high frequency vibrational convection: influence of the vibration direction on the flow structure, Phys. Fluids, 31, 043605, 1-10.
• (2020). Three dimensional study of the effect of high frequency vibration on silicon melt convection, Physical Review Fluids, 5 (12).
• (2023). Application of the lattice Boltzmann method to the study of ultrasound propagation and acoustic streaming in three-dimensional cavities : advantages and limitations, Theoretical and Computational Fluid Dynamics, 37, 725-753

Vous pourrez trouver toutes les autres publications du projet ici.

FORMATIONS DOCTORALES

– MEDELFEF Abdes-Samed, «Transitions d’écoulements en cavité chauffée latéralement : Application à la croissance cristalline», thèse : cotutelle, soutenue le 17 juin 2019.

– HAMZAOUI Idir, «Effet de la convection naturelle et forcée lors de la transition de phase : Application à la croissance cristalline», thèse : cotutelle, soutenue le 19 décembre 2019.

– EL GHANI Nouhayla, «Modélisation expérimentale de la ségrégation en croissance cristalline par une méthode électrochimique en présence d’ultrasons», thèse : encadrement Lyon, soutenue en le 5 juin 2020.

– BOUARAB Samia, «Cristallogenèse en configuration de Bridgman : la pertinence du contrôle actif», thèse : co-encadrement, soutenue le 24 mai 2023.

– BENHAMOU Jaouad, «Application de la méthode de Boltzmann sur réseau à l’étude de la propagation d’ondes dans les fluides», thèse soutenue le 28 juin 2022.

– HADDAD Fadila, «Contribution à l’étude de la croissance cristalline par la méthode de l’échangeur thermique (HEM)», thèse : encadrement Alger, soutenue le 10 juillet 2017.

– ADNANE Mahfoud, «Effet de la gravité sur l’écoulement entre deux sphères co-axiales en rotation», thèse : encadrement Alger, soutenue le 25 juin 2018.

– TAVERNIER Virgile, «Modélisation numérique de la soli-dification et de la ségrégation des impuretés lors de la croissance du silicium photovoltaïque à l’aide d’une méthode originale de maillage glissant», thèse : encadrement Lyon, soutenue le 19 décembre 2018.

– YAHI Fatma, «Etude de l’écoulement de Taylor-Couette dans la configuration conique : Prédiction des phénomènes de transition et caractérisation expérimentale», thèse : co-encadrement Alger-Lyon, soutenue en décembre 2020.

– HAMNOUNE Yasmina, «Etude de l’écoulement de Taylor-Couette dans la configuration conique avec inclinaison de l’axe de rotation : caractérisation expérimen-tale et numérique», thèse : encadrement Alger, thèse à soutenir.

– TEDJIZA Karima, «Cristallogenèse en configuration de Bridgman verticale», thèse : co-encadrement Alger-Tunis-Lyon, thèse à soutenir.