Fonction : Etudes, Recherche et Développement, Ingénierie

Cadre du stage :
Les cellules solaires photovoltaïques courantes sont réalisées à partir de plaquettes de silicium multicristallines issues de lingots élaborés par solidification dirigée en creuset. Les défauts cristallins de ces plaquettes entrainent un rendement de conversion photovoltaïque inférieur à celui des cellules monocristallines, qui sont peu utilisées car plus coûteuses. Un procédé amélioré de cristallisation sur germes en creuset, qui permet d’obtenir de lingots quasi-monocristallins (« mono-like ») de taille industrielle, est donc en cours de développement. Toutefois, les performances photovoltaïques de ce nouveau matériau restent localement affectées par la formation d’amas de dislocations donnant lieu à des zones de sous-joints. En vue d’éliminer ces défauts, le Laboratoire des Matériaux et Procédés pour le Solaire cherche donc à améliorer les propriétés mécaniques du silicium mono-like lors de la cristallisation par l’ajout d’éléments ayant un effet durcissant. Les avantages attendus sont à la fois une réduction du coût du procédé de cristallisation grâce au recyclage multiple des germes utilisés, et l’obtention de rendements de conversion photovoltaïque équivalents à ceux des meilleures cellules monocristallines.

Travail demandé :
Le stage aura donc pour but d’étudier l’influence d’éléments d’addition sur la multiplication et l’arrangement des dislocations dans des échantillons de Si monolike au cours de recuits sous contrainte à très haute température.
Une procédure d’essai de recuit sous contrainte contrôlée (du type flexion 4 points) au sein d’un des fours du laboratoire sera d’abord mise au point. Les échantillons sans et avec différentes teneurs en éléments d’addition durcissants seront soumis à des recuits à des températures voisines du point de fusion sous différentes contraintes et pour différentes durées. Après essai, les échantillons seront caractérisés post-mortem par plusieurs méthodes complémentaires : révélation des dislocations par figures d’attaque sur face polie, imagerie tri-dimensionnelle des arrangements de dislocations et des distorsions du réseau cristallin par topographie X en rayonnement synchrotron (collaboration avec l’ESRF à Grenoble), cartographie par photoluminescence des défauts cristallins recombinants des porteurs de charge
photogénérés.
L’analyse des résultats et leur comparaison avec ceux de cristallisations en lingots avec élément durcissant permettront d’établir des préconisations pour l’optimisation des paramètres d’élaboration des lingots mono-like.

Compétences souhaitées :
Physico-chimie des Matériaux, Génie des Procédés