Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 13 : Fabrication des cellules et modules photovoltaïques
Guidance

On obtient le silicium cristallin par refroidissement lent de silicium fondu. Cette opération se fait dans une atmosphère gazeuse contrôlée pour éviter de réintroduire des impuretés. Avant la solidification, on dope le silicium en incorporant une quantité pr´cise de phosphore (pour le dopage n) ou de bore (pour le dopage p).
La solidification doit se faire progressivement. Le processus contribue aussi à la purification du silicium : les impuretés ont tendance à se rassembler dans la zone qui reste liquide. On peut donc déclasser le liquide résiduel ou la la partie solidifiée en dernier lieu. En fait, lorsque la cristallisation est faite dans le cadre de l'industrie de l'électronique, la partie déclassée peut servir de matériau de départ pour l'industrie des cellules solaires. Dans ce cas, le matériau de départ est déjà dopé.

Il existe deux types de technique de cristallisation, selon que l'on veut produire du silicium mono ou poly-cristallin.

Procédé de Czochralski pour la fabrication de silicium monocristallin

Pour produire du silicium monocristallin, on utilise la même technique que dans l'industrie des composants électroniques.
Le silicium est placé dans un creuset de quartz et maintenu liquide à l'aide d'éléments chauffants. Lorsque la surface est à la température limite de solidification, on y plonge un germe monocristallin. Le silicium se solidifie sur ce germe selon la même orientation cristallographique. On tire lentement le germe vers le haut, avec un mouvement de rotation, tout ne contrôlant minutieusement la température et la vitesse. La vitesse de tirage est de l'ordre de 4 cm/heure.

Procédés de formation du silicium multicristallin

Si on se contente de silicium polycristallin, une méthode possible consiste à utiliser un four semblable à celui ci-dessus, mais avec un creuset de forme parallélipipédique (souvent à base carrée). On refroidit le creuset par le bas, par exemple en le faisant descendre progressivement hors de l'élément chauffant, comme indiqué à la figure ci-dessous.

Une méthode moins coûteuse consiste à couler le silicium liquide dans des conteneurs en graphite réutilisables. Le refroidissement se fait par toute la surface interne du conteneur. La régularité de la colonne des grains est moins bonne que dans le cas précédent.

Dernière mise à jour le 11-05-2005