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PROBLÈME ADRESSÉ

L’une des dernières étapes de la fabrication des cellules solaires en silicium est l’application de revêtements de passivation et antireflet afin d’optimiser l’efficacité de la cellule. Au cours de cette étape de fabrication, le silane (SiH4) est l’un des gaz spéciaux utilisés dans le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) pour générer les films minces à base de Si sur le dispositif photovoltaïque. Le problème avec SiH4 est sa pyrophoricité. En effet, le SiH4 est un gaz composé de silicium et d’hydrogène qui explose au contact de l’air. Il nécessite donc des procédures de sécurité et de manipulation coûteuses, multipliant les risques financiers et opérationnels des fabricants. C'est la raison commune de la disparition d'un certain nombre de centrales photovoltaïques au cours des 20 dernières années. La présente invention, élaborée par des chercheurs de l’Université de Sherbrooke et de l’Université Bishop’s, vise à être la «clé de l’amélioration des coûts de l’énergie solaire» en offrant aux fabricants de cellules solaires une solution peu coûteuse pour éliminer les risques du silane.

TECHNOLOGIE

L’invention, un Nouveau Procédé Sans-Silane, permet de produire un mélange de diméthylsilane et de triméthylsilane (DMS / TMS) à utiliser en tant que précurseur du procédé CVD de dépôt de films minces de grade électronique à base de Si (telles que, mais sans limiter : carbure, carbonitrure, oxycarbure, oxycarbonitrure). Ce précurseur peut remplacer le SiH4 dangereux, en le mélangeant avec du CH4, du C2H2 ou d'autres composés contenant du carbone, des précurseurs couramment utilisés aujourd'hui.

Une invention similaire a été brevetée en 2003 par les mêmes inventeurs: cette solution a été perçue comme une avancée et a rapidement donné naissance au spin-off Sixtron Advanced Material, qui a développé le système de génération de gaz SUNBOX Sans-Silane (Procédé de Sixtron). Cependant, en 2010, l’essai industriel final avait échoué en raison d’un manque d’efficacité du procédé et d’une contamination du produit par des traces de CO : le rendement du Procédé de Sixtron atteignait un taux de conversion solide-gaz de 30%, mais un rendement de 50% aurait été nécessaire pour assurer une rentabilité équivalente aux Procédés Conventionnels. Ce problème est résolu par la présente invention :

- En remplaçant SiH4 par un polymère solide et sécuritaire : un grade électronique de polydiméthylsilane (PDMS) remplacerait le SiH4 comme dans le Procédé de Sixtron. Ce polymère sécuritaire à manipuler éliminera les dangers pyrophoriques du silane et évitera de nombreuses dépenses aux fabricants de cellules solaires (CAPEX / OPEX).

- En utilisant un Nouveau Procédé pour convertir le solide en gaz : un procédé de Dépôt Chimique en phase Vapeur à base de Polymères (PS-CVD) plus efficace sur le plan énergétique a été inventé pour remplacer le Procédé de Sixtron. La nouvelle solution permet d’atteindre le rendement visé de 50% et de réduire le niveau de CO au niveau du grade électronique. Pour ce faire, il introduit deux éléments clés dans le procédé :

  • Chauffage par induction (réduction de la température du procédé, offre un meilleur contrôle et un processus plus rapide).
  • Étape d'hydrogénation (augmente le rendement et la pureté des précurseurs de DMS et de TMS).

AVANTAGES

- Amélioration de la sécurité : en éliminant les risques d'incendie, de toxicité et d'explosion liés au silane et aux autres gaz dopants toxiques (ex: AsH3), dans toute la chaîne d'approvisionnement (du transport au procédé CVD).
- Économique et écologique :

  • Réduction des coûts (CAPEX / OPEX) : en éliminant les complexités requises pour le transport de gaz comprimés volatiles et les équipements de sécurité coûteux, les murs anti-explosition et les bunkers nécessaires à la manutention du silane grâce à une solution plug & play pour la génération de gaz.
  • Efficacité énergétique : l'induction par radiofréquence est 75% plus efficace en énergie que le Procédé de Sixtron et équivaut au Processus Conventionnel.
  • Performance du produit final équivalente : comparée aux Processus Conventionnels.

- Amélioration de la performance du procédé : le Nouveau Procédé est plus efficace que le Procédé de Sixtron :

  • Conversion améliorée du rendement solide-à-gaz : rendement de 50% contre 30%.
  • Plus rapide et sur-demande : amélioration du temps par lot : 50% plus rapide, tandis que le processus d'hydrogénation peut fournir du DMS / TMS sur-demande (le processus peut être arrêté et redémarré).
  • Nécessite 3 minutes / lot à 200 °C (pour produire 120 cc de DMS / TMS à partir de 1 g de PDMS de grade électronique).
  • Augmentation du rendement et de la pureté des précurseurs DMS et TMS.
  • Compacité de l’équipement : 50% plus petit que l’équipement SUNBOX (Procédé de Sixtron).

- Le Nouveau Procédé est aussi efficace que les Processus Conventionnels :

  • Rentabilité équivalente par rapport aux Processus Conventionnels.
  • Compacité des équipements : dans les usines de fabrication, tous les équipements de sécurité liés à la gestion du SiH4 sont éliminés (par exemple: les longs tuyaux du réservoir SiH4 et les murs anti-explosition pour le stockage du SiH4 lui-même).

APPLICATIONS

Dépôt de films minces en céramique à base de silicium utilisés, entre autres, pour les revêtements protecteurs, les céramiques réfractaires et les films minces pour dispositifs électroniques et semi-conducteurs, y compris les cellules solaires.

Y compris les applications électroniques qui utilisent des couches de carbure, oxycarbure, carbonitrure, oxycarbonitrure (qui permet une température et une puissance élevée).

STATUT DE LA PROPRIÉTÉ INTELLECTUELLE

Brevet É-U délivré : US 9,944,532
Demande de brevet CAN No 2,963,882
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