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 Wafers de silicium et pollution ?

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narduccio



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MessageSujet: Wafers de silicium et pollution ?   Lun 2 Déc 2013 - 23:51

Sur le forum Zoé, je suis pris dans une discussion sur les cellules photo-électriques. Certains prétendent que ceux qui disent qu'elles polluent ne sont que des menteurs. Moi, je pose une simple question, pourquoi des gens dénoncent la pollution pour produire des microprocesseurs et trouvent vertueux les cellules photo-électriques. Pour ce que j'en sais, on utilise bien la même technologie pour faire les wafers de silicium qui deviendront des cellules photo-électriques et pour les wafers de silicium qui deviendront des microprocesseurs.

je suis preneur de toute info pertinente argumentée sur le sujet, puisqu'il me semble qu'il y a des gens qui travaillent dans la branche (Buck ?).

Et si quelqu'un veut me mettre en colère, il suffit de prétendre que puisque je travaille dans le nucléaire, je suis forcément contre le solaire !!! Quand ils savent pas répondre, il faut qu'ils dénigrent les autres intervenants ! M'énervent !

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buck



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MessageSujet: Re: Wafers de silicium et pollution ?   Mar 3 Déc 2013 - 10:40

:-D

La principale difference entre un materiau PV et µP vient de la qualite du materiau de base a savoir le silicium. En µP on cherche a avoir un taux d'impurete tres tres bas a 1e13 at cm-3 (concentration metallurgique a 1e21at cm-3) ce qui donne un cristal de silicium tres pur. On peut descendre plus bas par depot de couche epitaxiee mais ca n'est valable que pour 20-50 µm d'epaisseur (un wafer standard c'est 800µm)
Un wafer PV se suffit d#une concentration d'impurete 10 a 1000 fois plus forte
Or pour arriver des taux de concentration aussi basse il faut depenser un sacre paquet d'energie . Relacher la contrainte sur le taux d'impurete necessite moins d'energie (recup du silicium pur, temps de fabrication du barreau moins long), donc moins de pollution via la centrale.

Cote extraction il me semble que ce sont les meme techniques (volume plus grand pour les PV mais ils peuvent prendre pour eux des sources moins propre)
Cote fabrication des PV/µP avantage PV, les techniques sont moins complexe s(techno d'il y a au moins 20 ans) et standardisees. Par contre ca consomme plus de Borine, Phosphine, Arsine (plus grande surface couverte pour un meme wafer) HF ...

Pour l'instant je ne suis pas sur que l'industrie du PV (ultradominee par les chinois, merci aux gvt francais qui a reussi a plomber le marche europeen) soit superieur a celle du µP (voire de TSMC leader mondial) mais ca s'en rapproche
Les problemes du debut lies au manque de materiau s'est en partie comblee en 10 ans avec une filiere propre au PV
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narduccio



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MessageSujet: Re: Wafers de silicium et pollution ?   Mar 3 Déc 2013 - 19:36

Merci de ces infos.

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PtitGG

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MessageSujet: Re: Wafers de silicium et pollution ?   Mar 3 Déc 2013 - 19:43

En gros, si je résume les propos de Buck : la fabrication des wafers pour les cellules photo-électriques pollue moins que la fabrication des wafers pour micropro ... MAIS ça pollue quand même!!!

les nouvelles techniques de cellules organiques (qu'on me corrige si je dis des bêtises) et autres, quelles sont les impacts de leur fabrication et utilisation sur l'environnement?
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buck



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MessageSujet: Re: Wafers de silicium et pollution ?   Mer 4 Déc 2013 - 11:18

Ca doit dependre de comment elles sont fabriquees les cellules organiques, la je ne sais pas du tout comment ils font. Mais de toute facon il faudra un substrat, si a base de silicium meme soucis, si a base #AsGa on utilise l'epitaxie pour avoir des valeurs stochiometriques desisrees, mais moins gourmand en energie, mais pas forcement moins polluant
Les nanotubes sont assez gourmand en energie (les premiers observe sont issue des techniques des tres fort microscopes electroniques requerant 3MV pour claquer la resistance de l'air) j'espere que c'est un peu plus simple maintenant
Le graphene, la technique est assez complexe il me semble mais je n'en sais guere plus
Les quantum dots sont a priori moins gourmand en energie, le substrat etant du SiO2 (sur du silicium moins pur, moins genant si la couche d'oxide est aassez epaisse)
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Steph



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MessageSujet: Re: Wafers de silicium et pollution ?   Mer 4 Déc 2013 - 12:59

PtitGG à partir du moment où une machine tourne, où des gens travaillent, où on fabrique quelque chose, on pollue.
Je crois que la pollution environnementale dépend énormément des technologies employées et celles-ci évoluent encore rapidement. Cette technologie est encore très récente, il faut avoir la patiente et la sagesse de lui laisser le temps de mûrir même si évidemment ca ne fait pas de mal de poser les bonnes questions.

J'ai trouvé une document super-intéressant sur le sujet (étude de 2009):
http://www.photovoltaique.info/IMG/pdf/PV_Fab_Envt_final_26082009.pdf

Extrait des conclusions:
Le temps de retour énergétique moyen pour la France est de 3 ans : le système va donc rembourser 10 fois sa dette énergétique pour une durée de vie de 30 ans.
La contribution à l’effet de serre pour la France est d’environ 70 g CO2-eq/kWh. A titre comparatif, le kWh électrique en France se situe entre 40 et 180 g CO2-eq/kWh selon l’usage (source Ademe 2005).

Ici aussi quelques chiffres intéressants (sans source):
http://tpe2009esperance.e-monsite.com/pages/ii-bilan-environnemental.html
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narduccio



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MessageSujet: Re: Wafers de silicium et pollution ?   Jeu 21 Aoû 2014 - 15:24

J'ai trouvé ceci : Un four servant à recycler les déchets de production de silicium

BE a écrit:
A l'Université de Padoue, l'équipe de chercheurs du Département de génie industriel, dirigée par Fabrizio Dughiero, met au point un four de solidification directionnelle pour travailler le silicium provenant de déchets afin d'obtenir des lingots suffisamment purs pour être réutilisés.

Auparavant les fours étaient conçus pour le marché de l'industrie mécanique, désormais ils pourraient lancer une nouvelle filière du photovoltaïque plus performante, où le silicium serait traité de manière à obtenir des valeurs constantes de résistivité électrique et des durées de vie moyennes des charges libres plus élevées en plus de paramètres environnementaux plus favorables grâce à la récupération de déchets. Les résultats ne sont pas seulement théoriques : le silicium traité avec le four à solidification directionnelle (DSS, Directional solidification systems) agit de telle manière que les "impuretés - explique Dughiero - se concentrent sur le haut du lingot. Il suffit donc de couper les quelques premiers centimètres du solide pour obtenir un lingot de matériau pur".

"La recherche - continue Dughiero - nous a permis de participer à un projet européen qui va utiliser notre technologie pour produire des lingots de silicium photovoltaïque à partir de déchets de coupe. Dans ce cas, notre four possède des caractéristiques uniques vu que le réchauffement électromagnétique permet également de développer le brassage électromagnétique c'est à dire le mélange de la fusion sans contact, qui exploite uniquement les forces magnétiques produites par les mêmes inducteurs qui servent à chauffer le silicium". Le brassage est nécessaire pour concentrer les impuretés en surface et obtenir ainsi du silicium pur, même si le matériau de départ est un déchet de traitement.

Deux brevets internationaux ont déjà été déposés sur deux composants du four : il s'agit du "système de chauffage de la sole du four qui sert également de refroidisseur et du système de chauffage des parois latérales du four qui permet d'accompagner avec précision la solidification au cours de la phase de refroidissement."

Le four à induction a déjà fait l'objet d'un premier test dans le domaine industriel grâce notamment à la collaboration "avec une entreprise de Turin, Saetgroup ; qui a cru en notre projet et avec qui nous avons développé un vrai four industriel. La dernière étape nous a conduits à essayer le four auprès d'un important fabricant de modules photovoltaïques. Les résultats sont excellents et nous permettent de lancer le four sur le marché."

Source "primaire" : Il sole 24h : Un forno per riciclare il silicio usato delle celle

Il sole a écrit:
Sul mercato spot un lingotto di silicio può valere dai 16 ai 20 dollari al chilogrammo (fonte Bernreuter Research 2014), ben lontano da quei 400 dollari al chilo che fece impennare il mercato nel 2008. Ma il sogno è sempre quello: progettare wafer che siano sempre meno affamati di silicio.
Presso l'Università di Padova il tema scotta. Non è una questione economica, ma di progettazione. E proprio qui un "caldo" forno sembra essere in grado di dare una soluzione, sostenibile sotto molti aspetti, lavorando lingotti dove il silicio può essere il risultato di scarti.
Il dipartimento è quello di Ingegneria Industriale guidato da Fabrizio Dughiero. Il suo team anima il Laboratory of Electroheat of Padova (Lep), fondato quasi quarant'anni fa da Ciro Di Pieri.
Ieri i forni erano studiati per il mercato dell'industria meccanica, oggi l'interesse ricade in un ambito di mercato che non lontano da questo laboratorio potrebbe riuscire a lanciare una nuova filiera del fotovoltaico più performante, dove proprio il silicio riesce a essere lavorato per ottenere valori costanti di resistività elettrica e tempi di vita media delle cariche libere elevati. Oltre a parametri ambientali più sani per l'ambiente rappresentati proprio dal recupero di scarti.


I risultati non sono più solo teorici: il silicio lavorato dal forno di solidificazione direzionale (Dss, Directional solidification systems) fa sì che le «impurezze - sono parole di Dughiero - si concentrino sulla sommità del lingotto. È sufficiente, quindi, tagliare i primi centimetri del solido per ottenere un lingotto di materiale puro».
«L'esperienza di ricerca, ma soprattutto di pratica sul campo - continua Dughiero - ci ha consentito di partecipare a un progetto europeo che userà la nostra tecnologia per produrre lingotti di silicio fotovoltaico a partire dagli scarti di taglio. In questo caso il nostro forno ha caratteristiche uniche in quanto il riscaldamento elettromagnetico consente anche di sviluppare il cosiddetto "stirring elettromagnetico" ovvero il rimescolamento del fuso senza contatto ovvero sfruttando solo le forze magnetiche prodotte dagli stessi induttori che servono anche per riscaldare il silicio».
Il rimescolamento è necessario per segregare le impurezze nelle zone dei bordi e in superficie ottenendo così silicio puro anche se il materiale di partenza è proprio uno scarto di lavorazione.
Due brevetti internazionali sono già stati attivati attorno a due componenti del forno stesso: si tratta del «sistema di riscaldamento del fondo del forno che funge anche da raffreddatore e il sistema di riscaldamento delle pareti laterali del forno che consente di accompagnare con precisione il fronte di solidificazione durante la fase di raffreddamento».
Ma dalla fase laboratoriale, il forno a induzione ha già fatto un primo test sul campo industriale anche grazie alla collaborazione «con una azienda di Torino, la Saetgroup; che ha creduto nel nostro progetto e ha sviluppato insieme a noi un vero e proprio forno industriale. La fase finale ci ha portato provare il forno presso un grosso produttore di moduli fotovoltaici. I risultati ottenuti sono ottimi e ci consentono ora di proporre il forno sul mercato».

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MessageSujet: Re: Wafers de silicium et pollution ?   Ven 22 Aoû 2014 - 10:38

La liste des materiaux a recuperer sont: le silicium, le bore, l'arsenic le phosphore voir un peu d'indium pour les dopants, le tungsten, l'aluminium voir le cuivre pour les interconnections le cobalt et l'azote pour les passivations puis l'oxygene (pour les differents oxydes )
La part magnetique permettra de recuperer les metaux
Je serais curieux de voir le comportement des dopants dans un silicium liquide meme si ca doit plutot donner juste une concentration moyenne plus elevee, donc moins pur mais pour du PV on n'a pas besoin d'avoir des concentrations a 1e14 at cm-3 (tres peu resistif qq ohm cm a ces concentrations)


Mais il me smeble que IBM avait le meme projet il y a qq annees (tout du moins de recuperer les rebus pour els passer au photovoltaique)
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Le Vieux

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MessageSujet: Re: Wafers de silicium et pollution ?   Ven 22 Aoû 2014 - 11:41

Salut

Buck a écrit:
e serais curieux de voir le comportement des dopants dans un silicium liquide

Liquide ? à basse température ?

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buck



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MessageSujet: Re: Wafers de silicium et pollution ?   Ven 22 Aoû 2014 - 12:38

euh non a plus de 1400 Celsius (fusion du silicium)
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Le Vieux

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MessageSujet: Re: Wafers de silicium et pollution ?   Ven 22 Aoû 2014 - 12:44


Salut

Ah, Je me disais aussi, dommage que l'on ne puisse pas encore obtenir certains matériaux à l'état liquide à température ambiante, cela donnerait certainement des nouvelles possibilités note que je ne vois pas trop bien lesquelles.
Je pense que ce sera peut être un jour possible si l'on pile n'importe quelle matière jusqu’à obtenir un substrat tellement fin que cela devrait pouvoir avoir les mêmes propriétés qu'un liquide.

Le Vieux

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buck



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MessageSujet: Re: Wafers de silicium et pollution ?   Ven 22 Aoû 2014 - 14:00

pas trop convaincu par des materiaux liquide Wink
Le graphene est une mono couche d'atomes de carbone
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MessageSujet: Re: Wafers de silicium et pollution ?   

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