TWIN Une nouvelle filière industrielle pour le silicium de qualité solaire Didier Landaud

TWIN
Une nouvelle filière industrielle pour
le silicium de qualité solaire
Didier Landaud
EMIX
18/11/09
L'industrie du photovoltaïque français
AVAL
AMONT
Silicium
Lingots/blocs
Wafers
Cellules
Modules
Systèmes
Installation Exploitation
Photowatt
Tenesol
AUVERSUN
FONROCHE
EDF ENR
SILLIA
GDF/SUEZ
Solaire Direct
18/11/09
Le procédé 4C
La coulée continue électromagnétique en creuset froid
18/11/09
Les atouts de la technologie de coulée 4C
• Productivité / conventionnel : x 5 (creuset 450 kg)
x 8 (creuset 270 kg)
• Un produit très homogène
• Moins de pertes de matière première
• Bon rendement « Bloc / Matière Première »
• Moins d'énergie (1/3) et mieux utilisée
• Pas de consommable creuset
• Une qualité contrôlée en temps réel
• Environnement préservé : zéro rejet, ni aqueux, ni gazeux
18/11/09
Chiffres clés 2009
• Surface usine : 2 500 m²
• 3 fours de production
• 1 scie pour la découpe en blocs
• Capacité : 45 à 55 MW
• Emplois : 32 (dont 20 % en R&D)
18/11/09
La Recherche & Développement
• 20 % des emplois
• Une station de caractérisation dimensionnelle
• Un banc de mesure de la résistivité (méthode 4 pointes)
• Un équipement de caractérisations photoélectriques
(durée de vie des porteurs de charge minoritaires et résistivité)
• Logiciels de simulation numérique
• Deux pilotes à échelle industrielle
Induction + torche plasma
18/11/09
Les projets de recherche ANR
Filière de réduction des coûts : TWIN (2005)
•
Choix de matières premières moins coûteuses que EG-Si
•
Affinage du silicium par plasma
•
Optimisation du rendement de conversion
Optimisation du procédé de Coulée Continue Electromagnétique : SEGSI
(2007)
18/11/09
•
Caractérisation de la ségrégation avec différentes qualités de silicium
•
Optimisation du brassage électromagnétique
•
Amélioration du rendement photovoltaïque du matériau
Les projets de recherche ANR
Qualité des produits : Si-X (2008)
18/11/09
•
Etude de la cristallisation
•
Effet de la taille des grains
•
Optimisation du refroidissement de la colonne en sortie de creuset pour
de meilleures propriétés PV
Les projets de recherche OSEO ISI
Productivité du procédé 4C : Solar Nano Crystal
•
Vitesse de tirage jusqu'à 3 mm/min
•
Taille du creuset (4 blocs 200x200 par lingot)
•
Contrôle et élimination des impuretés en ligne
Découpe en plaquettes : PV20
18/11/09
•
Savoir-faire de découpe en plaquettes par scie à fil
•
Découpe de plaquettes à de nouveaux standards dimensionnels
TWIN : Les partenaires
Fabricant de blocs de silicium multi-cristallin par
coulée continue en creuset froid
Fabricant intégré de modules photovoltaïques
Laboratoire de Génie des Procédés Plasmas et
Traitement de Surface
Institut National de l'Energie Solaire : Centre de
recherche sur les énergies solaires par le
développement de technologies innovantes
18/11/09
TWIN : Objectifs
Réduction des coûts des modules à base de silicium multicristallin
• Nouvelle source de matières premières : silicium
métallurgique
• Purification du silicium métallurgique
• Découpe en plaques minces
• Optimisation du procédé de fabrication des cellules
photovoltaïques
18/11/09
TWIN : Résultats
Pilote de purification et cristallisation
• Coulée continue en creuset froid
• Torche à plasma RF : élimination du bore
• Ségrégation : élimination du phosphore et des impuretés
métalliques
18/11/09
TWIN : Résultats
Découpe en plaquettes
Optimisation du procédé cellules
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180
µm
Plaquettes d'épaisseur 180 µm
Réalisation de cellules à partir de silicium
métallurgique purifié par ségrégation
• Bonne tenue mécanique
• Plaquettes plus souples
Rendement
18/11/09
Lot 1
Lot 2
Lot 3
13,30 %
13,30 %
14,30 %
TWIN : Bilan pour EMIX
Acquisition de nouveaux savoir-faire
• Simulation numérique :
développement de modèles numériques
pour la coulée 4C,
modélisation de l'influence de la torche à plasma
• Torche à plasma RF
• Expérience dans l'utilisation du
silicium métallurgique
18/11/09
TWIN : Projet ANR
Le soutien de l'ANR a été :
• Une aide au regroupement de 4 acteurs français du
photovoltaïque au sein d'un consortium
• Un accélérateur de projets : construction anticipée d'un
pilote de purification et de cristallisation
18/11/09
TWIN : Conclusions et perspectives
Conclusions
•
ENSCP : Paramètres optimum pour la purification par plasma
•
EMIX : Mise en place d'un pilote industriel
•
PHOTOWATT : Découpe de plaques minces
•
CEA : Caractérisation de plaques minces, réalisation de cellules
Perspectives
18/11/09
•
Poursuite des travaux souhaitée par le consortium
•
Cadre de la future collaboration entre les partenaires à définir