Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
France


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le 18 octobre 2017 - Valery BOTTON
Vers des lois de parois pour la modélisation de la ségrégation d’impuretés durant la solidification dirigée du silicium photovoltaïque.

13h@Salle de réunions, Bâtiment Oméga, UCBL (Doua)

Nous présenterons une approche développée durant la thèse de Marc Chatelain concernant la possibilité de mettre au point des fonctions de parois solutales pour la ségrégation d’impuretés en croissance front plan.

Une des difficultés majeures dans la simulation des procédés de cristallisation ou de purification du silicium photovoltaïque est due à leur nature intrinsèquement multi-physique et multi-échelle : le problème de la ségrégation d’impuretés se joue dans une couche limite dont l’épaisseur est de quelques microns alors que le problème thermique se joue à l’échelle du creuset voire du four, c’est à dire quelques dizaines de centimètres. La finesse de la couche limite solutale impose des maillages localement extrêmement fins, alors que la taille du domaine de calcul doit englober le creuset.

On se base sur une description de la couche limite solutale par analyse d’échelles proposée par Garandet et al. initialement dans des régimes laminaires (convection naturelle dans des cavités de petite dimension, années 90), plus récemment pour des régimes turbulents (convection forcée dans des cavités de dimension décimétrique). Cette approche est améliorée pour mieux prendre en compte le transport turbulent de soluté dans la couche limite hydrodynamique et sa sous-couche visqueuse. Le modèle développé est testé sur une configuration canonique de cavité entraînée ce qui permet de faire une étude paramétrique : régimes laminaire à turbulent, influence de la vitesse de solidification, de la diffusivité des impuretés, etc. Une procédure est mise au point pour calculer la composition d’un lingot qui serait fabriqué dans cette configuration idéale. On montre que le modèle prédit de manière assez satisfaisante la composition du lingot sans nécessairement mailler finement la couche limite solutale. Cette approche est donc prometteuse mais les difficultés qu’il reste à résoudre ne seront pas occultées.

M. Chatelain1, V. Botton2,3, M. Albaric1, D. Pelletier1, D. Henry2, S. Millet2, J.P. Garandet1
1) INES, Univ. Grenoble Alpes, F-73375 Le Bourget du Lac, France
CEA, LITEN, Department of Solar Technologies, F-73375 Le Bourget du Lac, France
2) LMFA Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique, CNRS/Université de Lyon, École Centrale de Lyon/Université Lyon 1/INSA de Lyon, ECL, 36 Avenue Guy de Collongue, 69134 Ecully
3) INSA Euromed, Université Euro-Méditerranéenne de Fès, Morocco


[Valéry BOTTON] est un Professeur des Universités à l’INSA/LMFA.