鑄造多晶硅熱流場模擬與實驗設備的改進研究.pdf

1、多晶硅太陽能電池目前仍是市場占有率最高的太陽能電池，太陽能電池發(fā)電為降低發(fā)電的成本，必須提升多晶硅晶錠的品質并降低生產成本，這也正是科研人員追求的目標。冶金法制備的太陽能級多晶硅具有生產成本低、污染小及周期短的特點，被認為是最能有效的降低多晶硅生產成本的技術之一。但冶金法制備晶錠電池轉換效率，雜質含量仍不盡如人意，通過研究鑄造多晶硅定向凝固過程的熱流場分布情況，改進實驗設備，間接改變固液界面形狀、熱流場形態(tài)及雜質分布，達到提高晶錠品質降

2、低生產成本的目的。
　　 本文先對鑄造多晶硅定向生長的多物理場系統(tǒng)進行描述，從理論上分析多晶硅生長過程中的定向凝固特性，從晶錠內部晶體的組織特征、生長條件到凝固界面形態(tài)，再到工藝參數的影響，得出生長系統(tǒng)的控制方程和邊界條件，再采用多物理場耦合有限元分析軟件COMSOL Multiphysics模擬定向凝固系統(tǒng)內的熱流場，模擬結果結合數學理論工具，顯示出硅熔體內流場主要由浮力所造成，隨著生長過程的進行流場形態(tài)會發(fā)生變化。為探索磁場

3、作用下多晶硅定向生長的熱流場分布情況，在鑄錠爐內增加一套磁場裝置，由赫姆霍茲線圈產生均勻的軸向磁場，模擬硅熔體在軸向磁場作用下的晶體生長，模擬結果顯示磁場作用下，多晶硅生長過程中溫度場更加平整，流場受到洛倫茲力作用流動受到抑制，特別是徑向流動受到抑制。同時設計改進了硅熔體自由表面上方的氬氣導流裝置，模擬導流板的位置參數改變時，硅熔體內氧雜質的濃度場分布情況，通過模擬數據對比，獲得最優(yōu)的導流板設計參數:導流板出口與硅熔體自由表面的距離h為