Modélisation de la microstructure des grains dans le silicium multicristallin pour le photovoltaïque

L'objectif de ce travail est d'approfondir et de mieux comprendre les mécanismes responsables de la formation et de la croissance de la structure des grains dans le silicium multicristallin pour des applications photovoltaïques. Lors de la solidification du silicium multicristallin, la sélection des grains, le contrôle de la distribution de leur taille et leur direction de croissance sont des paramètres importants pour obtenir un matériau de bonne qualité et homogène. Ces paramètres influencent directement le rendement de conversion des cellules photovoltaïques, au travers de la capture et de la recombinaison des porteurs de charges et des interactions avec les impuretés. La structure de grains dans le silicium photovoltaïque évolue au cours de la solidification : des grains vont disparaître, d'autres vont apparaître, d'autres vont grossir pour donner au final une structure composée de gros grains, de petits grains dénommés grits', de joints de grains, et de macles. Il est donc important de comprendre les relations entre les différents paramètres du procédé industriel et leur influence sur les phénomènes physico-chimiques qui se produisent lors de la croissance afin de pouvoir influer sur la structure de grains dans le silicium, et de prévoir ses propriétés. Dans une première étape, nous avons établi un modèle de développement des grains basé sur le type de croissance (facettée, rugueuse ou mixte), la cinétique de ces divers types de croissances, le phénomène de maclage et la sélection des grains, dont nous montrons qu'ils sont, avec la germination initiale, à l'origine de la taille et de la structure des grains. Ensuite, nous proposons une approche de modélisation numérique de l'évolution de la structure des grains au cours de la solidification. Cette méthode se base sur l'analyse dynamique bidimensionnelle du joint de grains au niveau de la ligne triple grain-grain-liquide (rugueuse, facettée) tout en prenant en compte les phénomènes produits à l'échelle macroscopique (le champ de température local) et microscopique (la cinétique des grains). Le modèle résulte du couplage thermique et des mécanismes cinétiques de croissance. Nous avons donc développé un modèle numérique de croissance des grains en 2 dimensions et nous l'avons introduit dans le code 2D-MiMSiS qui se déroule en 2 étapes : Premièrement, le calcul en régime transitoire de la solidification macroscopique d'un lingot de silicium nous permet d'obtenir le champ thermique dans le lingot et la position précise de l'interface solide-liquide à différents instants ainsi que sa vitesse, son orientation (sa forme) et les gradients de température dans le liquide et le solide. Deuxièmement, la modélisation de la croissance est basée sur la description géométrique des joints de grains qui dépend de la cinétique des grains qui les bordent. Elle suit des critères dépendants de la morphologie (rugueuse ou facettée) de l'interface. Elle s appuie sur le réseau d'isothermes du calcul thermique sans l'influencer dans un premier temps. Un des objectifs de ce modèle est de faire varier différents paramètres du procédé et d'en mesurer l'impact sur la structure cristalline finale. Des résultats de calculs 2D sont présentés et discutés par rapport à l'expérience.The objective of this work is to explore and better understand the mechanisms responsible for the formation and growth of the grain structure in polycrystalline silicon for photovoltaic applications. During the solidification of polycrystalline silicon for the selection of the grain, control the distribution of their size and direction of growth are important parameters to obtain a material of good quality and homogeneous. These parameters directly influence the conversion efficiency of solar cells, through the capture and recombination of charge carriers and interactions with impurities. Grain structure in silicon photovoltaic evolves during solidification: Grain will disappear, others will appear, others will grow to give the final structure composed of large grains, small grains called 'grits' grain boundaries and twins. It is therefore important to understand the relationship between the parameters of the industrial process, the physico-chemical phenomena that occur during the growth and structure of grains in the silicon to predict its properties. In a first step, we established a model of development based on the grain growth type (faceted, rough or mixed), the kinetics of the various growths, the phenomenon of twinning and the selection of grains, we show that they are, with the initial germination, originally of the size and structure of the grains. Then, we propose an approach to numerical modeling of the evolution of lala grain structure during solidification. This method is based on the two-dimensional dynamic analysis of the grain boundary at the triple line grain-grain-liquid (rough, faceted) taking into account the phenomena produced at the macroscopic scale (the local temperature field) and microscopic (kinetic grain). The resulting model of the thermal coupling mechanisms and growth kinetics. We have developed a numerical model of grain growth in two dimensions, and we have introduced in the 2D-code MiMSiS which takes place in two steps: First, the calculation of transient macroscopic solidification of an ingot of silicon allows us to obtain the temperature field in the ingot and the precise position of the solid-liquid interface at different times as well as its speed, direction ( form) and the thermal gradients in the liquid and the solid. Second, the growth model is based on the geometrical description of grain boundary which depends on the kinetics of grain that border. It follows dependent criteria of the rough morphology or faceted interface. It relies on a network of insulated thermal calculation without influence in the first place. One objective of this model is to vary the process parameters and to measure their impact on the final crystalline structure. 2D calculation results are presented and discussed in relation to the experience.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

The invasive Atlantic blue crab Callinectes sapidus Rathbun, 1896 expands its distributional range southward to Atlantic African shores: first records along the Atlantic coast of Morocco

The occurrence of the exotic Atlantic blue crab Callinectes sapidus Rathbun, 1896 (Crustacea: Decapoda: Portunidae) is reported for the first time from the Moroccan Atlantic coast. Working with local fishermen, we gathered 160 records of the Atlantic blue crab from several estuarine, coastal and marine areas, in the period between June and August 2021. These new records confirm its establishment in the Atlantic coasts of North Africa, suggesting a southern range expansion. These findings, likely exacerbated by growing populations along the Atlantic coast of Morocco and temperate coastal waters, provide new insights into the invasion dynamics of this species in the northeast Atlantic Ocean.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Modélisation de la microstructure des grains dans le silicium multicristallin pour le photovoltaïque

The objective of this work is to explore and better understand the mechanisms responsible for the formation and growth of the grain structure in polycrystalline silicon for photovoltaic applications. During the solidification of polycrystalline silicon for the selection of the grain, control the distribution of their size and direction of growth are important parameters to obtain a material of good quality and homogeneous. These parameters directly influence the conversion efficiency of solar cells, through the capture and recombination of charge carriers and interactions with impurities. Grain structure in silicon photovoltaic evolves during solidification: Grain will disappear, others will appear, others will grow to give the final structure composed of large grains, small grains called 'grits' grain boundaries and twins. It is therefore important to understand the relationship between the parameters of the industrial process, the physico-chemical phenomena that occur during the growth and structure of grains in the silicon to predict its properties. In a first step, we established a model of development based on the grain growth type (faceted, rough or mixed), the kinetics of the various growths, the phenomenon of twinning and the selection of grains, we show that they are, with the initial germination, originally of the size and structure of the grains. Then, we propose an approach to numerical modeling of the evolution of lala grain structure during solidification. This method is based on the two-dimensional dynamic analysis of the grain boundary at the triple line grain-grain-liquid (rough, faceted) taking into account the phenomena produced at the macroscopic scale (the local temperature field) and microscopic (kinetic grain). The resulting model of the thermal coupling mechanisms and growth kinetics. We have developed a numerical model of grain growth in two dimensions, and we have introduced in the 2D-code MiMSiS which takes place in two steps: First, the calculation of transient macroscopic solidification of an ingot of silicon allows us to obtain the temperature field in the ingot and the precise position of the solid-liquid interface at different times as well as its speed, direction ( form) and the thermal gradients in the liquid and the solid. Second, the growth model is based on the geometrical description of grain boundary which depends on the kinetics of grain that border. It follows dependent criteria of the rough morphology or faceted interface. It relies on a network of insulated thermal calculation without influence in the first place. One objective of this model is to vary the process parameters and to measure their impact on the final crystalline structure. 2D calculation results are presented and discussed in relation to the experience.L'objectif de ce travail est d'approfondir et de mieux comprendre les mécanismes responsables de la formation et de la croissance de la structure des grains dans le silicium multicristallin pour des applications photovoltaïques. Lors de la solidification du silicium multicristallin, la sélection des grains, le contrôle de la distribution de leur taille et leur direction de croissance sont des paramètres importants pour obtenir un matériau de bonne qualité et homogène. Ces paramètres influencent directement le rendement de conversion des cellules photovoltaïques, au travers de la capture et de la recombinaison des porteurs de charges et des interactions avec les impuretés. La structure de grains dans le silicium photovoltaïque évolue au cours de la solidification : des grains vont disparaître, d'autres vont apparaître, d'autres vont grossir pour donner au final une structure composée de gros grains, de petits grains dénommés ‘grits', de joints de grains, et de macles. Il est donc important de comprendre les relations entre les différents paramètres du procédé industriel et leur influence sur les phénomènes physico-chimiques qui se produisent lors de la croissance afin de pouvoir influer sur la structure de grains dans le silicium, et de prévoir ses propriétés. Dans une première étape, nous avons établi un modèle de développement des grains basé sur le type de croissance (facettée, rugueuse ou mixte), la cinétique de ces divers types de croissances, le phénomène de maclage et la sélection des grains, dont nous montrons qu'ils sont, avec la germination initiale, à l'origine de la taille et de la structure des grains. Ensuite, nous proposons une approche de modélisation numérique de l'évolution de la structure des grains au cours de la solidification. Cette méthode se base sur l'analyse dynamique bidimensionnelle du joint de grains au niveau de la ligne triple grain-grain-liquide (rugueuse, facettée) tout en prenant en compte les phénomènes produits à l'échelle macroscopique (le champ de température local) et microscopique (la cinétique des grains). Le modèle résulte du couplage thermique et des mécanismes cinétiques de croissance. Nous avons donc développé un modèle numérique de croissance des grains en 2 dimensions et nous l'avons introduit dans le code 2D-MiMSiS qui se déroule en 2 étapes : Premièrement, le calcul en régime transitoire de la solidification macroscopique d'un lingot de silicium nous permet d'obtenir le champ thermique dans le lingot et la position précise de l'interface solide-liquide à différents instants ainsi que sa vitesse, son orientation (sa forme) et les gradients de température dans le liquide et le solide. Deuxièmement, la modélisation de la croissance est basée sur la description géométrique des joints de grains qui dépend de la cinétique des grains qui les bordent. Elle suit des critères dépendants de la morphologie (rugueuse ou facettée) de l'interface. Elle s‘appuie sur le réseau d'isothermes du calcul thermique sans l'influencer dans un premier temps. Un des objectifs de ce modèle est de faire varier différents paramètres du procédé et d'en mesurer l'impact sur la structure cristalline finale. Des résultats de calculs 2D sont présentés et discutés par rapport à l'expérience

Modeling of grains microstructure in the polycrystalline silicon for photovoltaic application

L'objectif de ce travail est d'approfondir et de mieux comprendre les mécanismes responsables de la formation et de la croissance de la structure des grains dans le silicium multicristallin pour des applications photovoltaïques. Lors de la solidification du silicium multicristallin, la sélection des grains, le contrôle de la distribution de leur taille et leur direction de croissance sont des paramètres importants pour obtenir un matériau de bonne qualité et homogène. Ces paramètres influencent directement le rendement de conversion des cellules photovoltaïques, au travers de la capture et de la recombinaison des porteurs de charges et des interactions avec les impuretés. La structure de grains dans le silicium photovoltaïque évolue au cours de la solidification : des grains vont disparaître, d'autres vont apparaître, d'autres vont grossir pour donner au final une structure composée de gros grains, de petits grains dénommés ‘grits', de joints de grains, et de macles. Il est donc important de comprendre les relations entre les différents paramètres du procédé industriel et leur influence sur les phénomènes physico-chimiques qui se produisent lors de la croissance afin de pouvoir influer sur la structure de grains dans le silicium, et de prévoir ses propriétés. Dans une première étape, nous avons établi un modèle de développement des grains basé sur le type de croissance (facettée, rugueuse ou mixte), la cinétique de ces divers types de croissances, le phénomène de maclage et la sélection des grains, dont nous montrons qu'ils sont, avec la germination initiale, à l'origine de la taille et de la structure des grains. Ensuite, nous proposons une approche de modélisation numérique de l'évolution de la structure des grains au cours de la solidification. Cette méthode se base sur l'analyse dynamique bidimensionnelle du joint de grains au niveau de la ligne triple grain-grain-liquide (rugueuse, facettée) tout en prenant en compte les phénomènes produits à l'échelle macroscopique (le champ de température local) et microscopique (la cinétique des grains). Le modèle résulte du couplage thermique et des mécanismes cinétiques de croissance. Nous avons donc développé un modèle numérique de croissance des grains en 2 dimensions et nous l'avons introduit dans le code 2D-MiMSiS qui se déroule en 2 étapes : Premièrement, le calcul en régime transitoire de la solidification macroscopique d'un lingot de silicium nous permet d'obtenir le champ thermique dans le lingot et la position précise de l'interface solide-liquide à différents instants ainsi que sa vitesse, son orientation (sa forme) et les gradients de température dans le liquide et le solide. Deuxièmement, la modélisation de la croissance est basée sur la description géométrique des joints de grains qui dépend de la cinétique des grains qui les bordent. Elle suit des critères dépendants de la morphologie (rugueuse ou facettée) de l'interface. Elle s‘appuie sur le réseau d'isothermes du calcul thermique sans l'influencer dans un premier temps. Un des objectifs de ce modèle est de faire varier différents paramètres du procédé et d'en mesurer l'impact sur la structure cristalline finale. Des résultats de calculs 2D sont présentés et discutés par rapport à l'expérience.The objective of this work is to explore and better understand the mechanisms responsible for the formation and growth of the grain structure in polycrystalline silicon for photovoltaic applications. During the solidification of polycrystalline silicon for the selection of the grain, control the distribution of their size and direction of growth are important parameters to obtain a material of good quality and homogeneous. These parameters directly influence the conversion efficiency of solar cells, through the capture and recombination of charge carriers and interactions with impurities. Grain structure in silicon photovoltaic evolves during solidification: Grain will disappear, others will appear, others will grow to give the final structure composed of large grains, small grains called 'grits' grain boundaries and twins. It is therefore important to understand the relationship between the parameters of the industrial process, the physico-chemical phenomena that occur during the growth and structure of grains in the silicon to predict its properties. In a first step, we established a model of development based on the grain growth type (faceted, rough or mixed), the kinetics of the various growths, the phenomenon of twinning and the selection of grains, we show that they are, with the initial germination, originally of the size and structure of the grains. Then, we propose an approach to numerical modeling of the evolution of lala grain structure during solidification. This method is based on the two-dimensional dynamic analysis of the grain boundary at the triple line grain-grain-liquid (rough, faceted) taking into account the phenomena produced at the macroscopic scale (the local temperature field) and microscopic (kinetic grain). The resulting model of the thermal coupling mechanisms and growth kinetics. We have developed a numerical model of grain growth in two dimensions, and we have introduced in the 2D-code MiMSiS which takes place in two steps: First, the calculation of transient macroscopic solidification of an ingot of silicon allows us to obtain the temperature field in the ingot and the precise position of the solid-liquid interface at different times as well as its speed, direction ( form) and the thermal gradients in the liquid and the solid. Second, the growth model is based on the geometrical description of grain boundary which depends on the kinetics of grain that border. It follows dependent criteria of the rough morphology or faceted interface. It relies on a network of insulated thermal calculation without influence in the first place. One objective of this model is to vary the process parameters and to measure their impact on the final crystalline structure. 2D calculation results are presented and discussed in relation to the experience

The Invasive Seaweed <i>Agarophyton vermiculophyllum</i> from Oualidia Lagoon (Northwestern Moroccan Atlantic Coast) as a Source of Agar: Yield, Chemical Characteristics, and Rheological Properties

Agar is a hydrophilic biopolymer extracted from red seaweed. This phycocolloid consists of two components: agarose and agaropectin. In the present work, agar extracted from the invasive red seaweed Agarophyton vermiculophyllum was characterized using physical, chemical, and spectroscopic analyses to investigate the effect of alkaline pretreatment on agar properties. Two extraction conditions, native and alkali-pretreated agars, were comparatively studied. The native yield (28.4 ± 0.9%) was higher than that of the alkaline-pretreated agar (20.4 ± 0.8%). The alkali-pretreated agar showed higher gel strength (763.8 ± 57.0g cm−2), gelling (36.5 ± 0.9 °C), and melting (83.2 ± 0.6 °C) temperatures and increased 3,6-anhydrogalactose (26.2 ± 1.9%) and decreased sulfate contents (6.2 ± 0.8%) compared with native agar (gel strength: 204.8 ± 17.10g cm−2, gelling temperature: 29.5 ± 0.9 °C, melting temperature: 73.4 ± 0.7 °C, 3,6-AG content: 13.8 ± 0.7%, sulfate content: 10.5 ± 0.5%). The alkaline pretreatment improved the agar’s gelling properties and significantly influenced its chemical properties. In view of the obtained results, A. vermiculophyllum might potentially be thought of as a viable source for the agar industry in Morocco, serving as a local source of agar

<i>Gracilaria gracilis</i> (Gracilariales, Rhodophyta) from Dakhla (Southern Moroccan Atlantic Coast) as Source of Agar: Content, Chemical Characteristics, and Gelling Properties

Agar is a sulfated polysaccharide extracted from certain marine red algae, and its gel properties depend on the seaweed source and extraction conditions. In the present study, the seaweed Gracilaria gracilis (Gracilariales, Rhodophyta) from Dakhla (Moroccan Atlantic Coast) was investigated for its agar content, structure, and gel properties. The agar yields of G. gracilis were 20.5% and 15.6% from alkaline pretreatment and native extraction, respectively. Agar with alkaline pretreatment showed a better gelling property supported by higher gel strength (377 g·cm−2), gelling (35.4 °C), and melting (82.1 °C) temperatures with a notable increase in 3,6-anhydro-galactose (11.85%) and decrease in sulphate (0.32%) contents. The sulfate falling subsequent to alkaline pretreatment was verified through FT-IR spectroscopy. The 13C NMR spectroscopy showed that alkaline-pretreated agar has a typical unsubstituted agar pattern. However, native agar had a partially methylated agarose structure. Overall, this study suggested the possibility of the exploitation of G. gracilis to produce a fine-quality agar. Yet, further investigation may need to determine the seasonal variability of this biopolymer according to the life cycle of G. gracilis

The grain–grain–liquid triple phase line during solidification of multi-crystalline silicon

International audienceThe rough or faceted morphology of the solid-liquid interface during solidification of multicrystalline silicon is discussed in terms of classical crystallographic, energetic and kinetic considerations. This allows establishing diagrams of the interface structure as a function of process parameters. It is shown that the grain-grain-liquid triple phase line structures determine quantitatively the direction of growth of the grain boundaries, then opening the door to the numerical modeling of the grain structure of photovoltaic silicon ingots as a function of growth conditions. (C) 2012 Academie des sciences. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserve