+ 2015 ASTRES – Acoustic streaming et segregation

L’introduction d’ultrasons dans un four de solidification du silicium (Si) photovoltaïque constituerait une réelle rupture technologique, un formidable outil de diagnostic (échographie, vélocimétrie) voire de brassage pour optimiser le mélange.

Cette innovation participerait à une réduction significative des coûts de production du Si cristallin tout en améliorant sa qualité. Assurer un brassage efficace du Si liquide au cours de la solidification améliorerait en particulier la ségrégation des impuretés à l’interface solide/liquide. D’autres solutions sont actuellement étudiées comme le brassage mécanique développé au CEA (thèse de M. Chatelain en cours, co-encadrée par V. Botton, LMFA, et M. Albaric, CEA-LCIPV) et le brassage électromagnétique étudié par le SIMAP, grâce à des dispositifs pilotes à l’échelle préindustrielle voire industrielle.

Deux thèses co-encadrées par le LMFA et le CEA ont démontré à l’échelle laboratoire le potentiel d'une troisième voie basée sur le brassage à l’aide d’ultrasons. L’approche développée au LMFA repose en particulier sur l’expérimentation sur des maquettes en eau, constituant des démonstrateurs en similitude avec des dispositifs en silicium liquide. Deux brevets communs CEA-CNRS (2010) ont été déposés dans ce contexte. Le verrou technique à lever est la mise en œuvre du guide d’onde introduisant les ultrasons dans le Si liquide; c’est l’objet d’une demande de financement portée par le LCIPV auprès de l’Institut Carnot Grenoblois Energies du Futur (Projet AWINSI).

En parallèle, il est nécessaire d’améliorer l’approche en eau développée au LMFA, qui ne reproduit actuellement que l’hydrodynamique. Pour ce faire, on compte réaliser des mesures électrochimiques (expertise du laboratoire MATEIS) dans un démonstrateur à température ambiante contenant un liquide transparent et conducteur dans le but d’acquérir des données pour la modélisation de la ségrégation d’impuretés lors de la solidification du Si. Cette démarche innovante du point de vue applicatif (modélisation en eau d’un procédé industriel à hautes températures) serait une première dans la communauté scientifique de la croissance cristalline. De plus, la maquette ainsi étudiée modéliserait le dispositif VB2 de cristallisation du Si du laboratoire SIMAP sur la modélisation duquel porte actuellement la thèse de V. Tavernier, au LMFA, et sur lequel on envisage de tester le guide d’onde réalisé. 

POSITIONNEMENT PROJET SUR les DOMAINES SCIENTIFIQUES INGÉNIERIE@LYON

ACOUSTIQUE ET VIBRATION
SURFACES ET INTERFACES
MODÉLISATION NUMÉRIQUE ET CONCEPTION ROBUSTE
Mécanique des fluides

POSITIONNEMENT PROJET SUR les SECTEURS INDUSTRIELS

CHIMIE ET MATÉRIAUX,
ECO-INDUSTRIES : ENR
NUMERIQUE