Purification et Cristallisation de Silicium Métallurgique pour application photovoltaïque

Orateur : Jed KRAIEM (Directeur de l’Innovation, Apollon Solar )

L’industrie photovoltaïque, pour répondre à une demande de plus en plus forte dans les années à venir (>50% par an), ne pourra plus s’appuyer sur une source unique de Silicium comme c’est le cas aujourd’hui avec le polysilicium obtenu par le procédé Siemens, énergivore et polluant (20kg d’HCl/kg de Si produit). Par contre, la disponibilité du silicium dit de qualité métallurgique (Si MG), est quasiment sans limite, la matière première pour la fabrication du silicium, le quartz (SiO2) et le carbone (C), étant abondante. C’est le constat fait dès 1997 par des experts du photovoltaïque et c’est pour cela que le projet PHOTOSIL, regroupant FerroPEM, Apollon Solar, le CEA et le CNRS, est orienté vers la purification du silicium de qualité métallurgique (Si MG) à un degré de pureté permettant son utilisation comme matière première pour l’industrie photovoltaïque. Cependant l’obtention de silicium de qualité solaire à partir de Si MG nécessite la résolution de plusieurs problématiques scientifiques dont les principales sont : 1- Malgré les étapes de purification, le silicium solaire obtenu à partir de Si MG contient assez de bore et de phosphore pour en faire un matériau compensé aux propriétés singulières ; 2- Au-delà des problèmes de découpe et de fragilité des plaquettes que la présence de carbone et les précipités de SiC peuvent induire, le SiC peut également provoquer des courts-circuits au niveau de la cellule, rendant tout ou partie du lingot inexploitable ; 3- L’oxygène dans le silicium, surtout lorsque ce dernier est de type p, provoque la formation de paires Bore-Oxygène qui se dissocient sous éclairement, dégradant les propriétés photovoltaïques. 4- L’impact de Laitiers (oxydes divers : CaO, Al2O3,…) est très mal connu, mais nul doute qu’il doit être non négligeable ; 5- Les impuretés métalliques ont été les plus étudiées dans le silicium et la communauté scientifique pensait en avoir compris l’essentiel du comportement. Leurs études ayant souvent été réalisées au cas par cas et non simultanément, plusieurs groupes de chercheurs ont récemment mis en évidence la présence de complexes intermétalliques jamais vus auparavant et dont l’influence est moins importante que lorsque les impuretés sont « non complexées ».

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