DS0303 - Produits (conception, procédés et matériaux)

Déboration du silicium par des réacteurs à grande surface – BRESILAR

Résumé de soumission

Le silicium de qualité solaire, nécessaire à l'alimentation du marché photovoltaïque en croissance continue, provient de la purification du silicium métallurgique. La voie de purification chimique, classiquement utilisée, est coûteuse en énergie et a des défauts du point de vue de l'environnement. La voie métallurgique, qui constitue une alternative, doit diminuer son coût de production pour atteindre les faibles prix du marché. Ce projet propose une percée technologique par rapport aux procédés existants, pour extraire le bore et éventuellement le phosphore, domaines où la France a une position de leader.

Un procédé sera mis au point pour la déboration gaz/liquide dans un équipement spécifique avec une grande aire d'interface, ce qui augmentera significativement la vitesse de purification. L'équipement utilisera des réactions chimiques bien connues dans notre consortium, entre du silicium liquide et des gaz réactifs chargés d'hydrogène et d'oxygène. Dans la première phase du projet, prévue pour deux ans, une configuration à petite échelle sera utilisée pour obtenir le taux de réaction à l'échelle du laboratoire, et l'extrapoler à l'échelle industrielle. Dans une seconde phase, une configuration d'échelle moyenne sera testée, pour résoudre les problèmes techniques de mise à l'échelle et ajuster la méthode d'extrapolation donnant des projections à la taille industrielle.
La qualité du matériau sera évaluée dans les deux phases, avec des méthodes standard d'analyse chimique et en utilisant l'expertise présente dans le consortium. Pour rendre ces analyses accessibles en ligne dans un futur équipement industriel, une nouvelle méthode d'analyse de silicium liquide sera développée par adaptation d'une technique existante, qui n'est utilisée actuellement qu'avec des échantillons solides.
Le projet inclut une étude de coût du procédé après extrapolation à la taille industrielle. Cette extrapolation s'appuiera sur les résultats à l'échelle laboratoire et sur les modèles développés par les partenaires de recherche, tout en utilisant l'expertise du partenaire industriel dans le domaine de la fabrication d'équipements pour procédés à haute température.

Deux jalons sont prévus au projet: une évaluation à mi-parcours, après 2 ans, et une évaluation finale, après 3,5 années (fin du projet). Chaque jalon sera formalisé par un rapport complet et une réunion où seront conviés les représentants de l'ANR. Entre-temps, le projet sera coordonné par des réunions régulières tous les six mois, où les livrables seront présentés et discutés entre partenaires, D'autres communications informelles sont aisées entre les partenaires qui sont tous situés dans un rayon de 50km.
Le jalon a mi-parcours examinera les résultats de l'expérience à petite échelle, le matériau qu'elle a produit, et sa performance extrapolée à l'échelle industrielle. La seconde phase du projet sera validée telle que prévu, ou modifiée en fonction de ces résultats. L'évaluation finale examinera les résultats de l'expérience d'échelle moyenne, l'analyse en ligne et l'extrapolation finale. Elle validera le plan de développement d'un pilote industriel après le projet.
Le consortium comprend deux instituts de recherche (SIMaP et CEA) ayant une connaissance scientifique et technique des procédés de purification (modèles validés et expériences) et de la qualité du matériau (méthodes de caractérisation). Le partenaire industriel (ECM Greentech) est un équipementier intéressé à par l'industrialisation d'équipements de purification, principalement pour l'exportation.

A la fin du projet, un programme de développement sera disponible pour obtenir un pilote industriel dans un délai de deux ans. L'expérience de laboratoire sera disponible pour de la R&D en appui à ce développement technologique. L'analyse en ligne du silicium liquide sera disponible pour différents usages dans la voie métallurgique de purification permettant d'obtenir du silicium solaire.

Coordination du projet

Yves DELANNOY (Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ECM ECM Greentech FRANCE WAFER
SOLARPURE SOLARPURE
SIMaP Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés
CEA/LITEN LMPS

Aide de l'ANR 643 459 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 42 Mois

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