Génie de l’élaboration de couches minces en voie sèche et procédés/matériaux pour l’industrie photovoltaïque

Connaître les procédés de dépôt de couches minces et de nanomatériaux à partir de phases gazeuses activées thermiquement, leur principe de fonctionnement, leurs avantages et leurs inconvénients, ainsi que les phénomènes physiques et chimiques en jeu dans chacun d’entre eux.

Savoir travailler en équipe-projet pour réaliser une étude de cas, sur la base d’articles scientifiques et de ressources documentaires ciblées mises à disposition sur Moodle, puis construire et effectuer une présentation orale aussi complète et pédagogique que possible synthétisant les éléments clés. 

La première partie de cet enseignement porte sur la présentation des techniques CVD, ALD et évaporation sous vide (PVD).

La seconde partie met en œuvre de modalités d’apprentissage par projet (pédagogie inversée) : réalisation d’une étude de cas portant sur un procédé d’élaboration appliqué à un matériau ou une famille de matériaux, pour un domaine d’application précis (cellules photovoltaïques, batteries Li-ion, fabrication et utilisation de l’hydrogène, barrières thermiques, …).

Connaissances de base en phénomènes de transfert, chimie, cinétique et techniques de caractérisation des matériaux.

Evaluation dans le cadre du Grand Oral du parcours Fonctionnalité.

• Chapitre 1 : Présentation générale des procédés de dépôt de couches minces
• Chapitre 2 : Le procédé de CVD thermique
• Chapitre 3 : Le procédé d’ALD thermique
• Chapitre 4 : Les procédés d’évaporation sous vide (PVD)

       Chapitres disponibles sur MOODLE :

• Technologie des réacteurs de dépôt de couches minces
• Le dépôt de couches minces de semi-conducteurs
• Les couches minces pour l’optoélectronique et les fibres optiques
• Les couches minces anti-usure, anti-corrosion et pour applications nucléaires
• Matériaux et procédés pour les cellules photovoltaïques

7 séances réparties en 2 séances de cours, 3 séances d’étude de cas par groupe de 3 à 4 étudiants, 2 séances de restitution orale et discussion.

• Traitements de surface en phase vapeur, Lavoisier, Hermès Science, Paris, 2002.
• Handbook of Chemical Vapor Deposition : Principles, Technology and Applications, Second Edition, H. O. Pierson, Noyes Publication, 1999.
• Handbook of Thin Films Deposition Processes and Technologies, Second Edition, Noyes Publication, 2002.
• Circuits en couches minces, Couches minces traditionnelles, M. Massénat, Techniques de l’Ingénieur, E3-365.
• Technologie de fabrication de la microélectronique, J.L. Régolini, Techniques de l’Ingénieur, E2410.
• Chemical Vapor Deposition, Surface Engineering Series Vol.2, Edited by J.H. Park, ASM International, 2002.
• Dépôts chimiques à partir d’une phase gazeuse, S. Audisio, Techniques de l’Ingénieur, M1160.
• Présentation filières technologiques solaires en France, Ph. Malbranche, CEA, INES (2010).
• Rapport sur l’évolution du secteur de la micro/nanoélectronique, C. Saunier, Office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et technologiques, Sénat, 2008.
• Electricité photovoltaïque, filières et marché, J.C. Muller, Techniques de l’Ingénieur, BE8 579 (2007).
• Modules photovoltaïques, filières technologiques, A. Ricaud, Techniques de l’Ingénieur, D3 940.
• Electricité photovoltaïque, principes, J.C. Muller, Techniques de l’Ingénieur, BE 8 578 (2007).
• Silicon solar cell production, S. Ranjan, S. Balaji, R. Panella, B.E. Ydstie, Computers and Chem. Eng., 2011.
• Solar photovoltaic electricity: current status and future prospects, T.M. Razykov, C.S. Ferekides, D. Morel, E. Stefanakos, H.S. Ullal, H.M. Upadhyaya, Solar Energy (2011).
• http://www.photovoltaique.info/Les-differentes-technologies.html                       
• M.I.H. Ansari et al., J. Photochemistry Photobiology C, 2018.
• PV status report, European commission, A. Jäger-Waldau, 2017.
• Photovoltaics report, Fraunhofer Institute for Solar Energy System, 2021.
• Atomic Layer Deposition, principes généraux, matériaux et applications, N. Schneider et F. Donsanti, Techniques de l’ingénieur, 2016.

Articles cités dans le polycopié, mis à jour chaque année.