Développement, contrôle et modélisation d'un procédé de projection de poudres de silicium par plasma RF - Application aux couches minces photovoltaïques - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2003

Développement, contrôle et modélisation d'un procédé de projection de poudres de silicium par plasma RF - Application aux couches minces photovoltaïques

Malek Benmansour
  • Function : Author

Abstract

The aim of this work is the development of a plasma spraying process of metallurgical silicon powder in order to elaborate a thin silicon layer with photovoltaïc properties. In this process, particles are injected in the axis of the plasma flow, melted and purified in flight before deposing on a ceramic substrate as liquid droplet. The silicon deposit has been characterised by ICP and EDX analysis, and the hydrogenation phenomena has been analysed by the exodiffusion technique. Excited species and energetic characterisation of the argon + 1%H2 plasma flow have been studied by optical emission spectroscopy. Measurements showed highly excited states of hydrogen atoms which are responsible of the passivation of the crystallographic defects. Moreover, the detection of silicon and impurities emission lines confirms the in-flight purification of the silicon powder. The energetic diagnostic of the plasma flow showed that the density and the electronic temperature were maximum on the inductive zone. The properties of plasma were also determined by numerical modelling. The profiles obtained permit to interpret the heat and mass transfer phenomena between the silicon particles and hydrogenated plasma flow. These interactions have been analysed by laser Doppler metrology measurements. Results show that the particles undergo a loss of 12% of mass after a residence time of 15 ms in the plasma.
L'objectif de cette étude est le développement et la mise au point d'un procédé de projection de poudres de silicium par plasma thermique inductif, afin d'élaborer des couches minces à finalité photovoltaïque. Les particules sont injectées dans l'écoulement où elles sont fondues, purifiées par évaporation partielle puis déposées à l'état liquide sur un substrat de type céramique. Le processus de purification des poudres dans le plasma ainsi que la pureté des dépôts obtenus ont été observés par des analyses chimiques ICP et EDX... L'hydrogénation des couches de silicium a également été analysée par des mesures d'exodiffusion et corrélée avec les différents paramètres du procédé. L'analyse des propriétés du plasma d'argon faiblement hydrogéné en présence des poudres de silicium a été réalisé par spectroscopie d'émission afin de mettre en évidence les espèces excitées présentes dans la décharge et réaliser un diagnostic énergétique de l'écoulement. Les mesures ont montré la présence d'hydrogènes radicalaires hautement excités, à l'origine de le passivation des dépôts de silicium. De plus, la détection de raies d'émissions du silicium et d'impuretés confirme le processus de purification de la poudre par évaporation. Le diagnostic du plasma a montré que la densité et la température électronique étaient maximales au niveau de la zone d'induction. Les propriétés du plasma ont également été déterminées par modélisation numérique. Les profils obtenus permettent d'interpréter les processus de transfert de masse et de chaleur entre le plasma et la particule de silicium en écoulement. Les interactions plasma - particules ont été analysées expérimentalement par des mesures de vitesse et de diamètre par métrologie laser Doppler. Les résultats indiquent que les particules subissent une perte de masse d'environ 12% pour un temps de séjour de 15 ms dans le plasma.
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Dates and versions

pastel-00004992 , version 1 (10-04-2009)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00004992 , version 1

Cite

Malek Benmansour. Développement, contrôle et modélisation d'un procédé de projection de poudres de silicium par plasma RF - Application aux couches minces photovoltaïques. Chemical Sciences. Chimie ParisTech, 2003. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00004992⟩

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