鑄造多晶硅熱流場模擬與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的改進(jìn)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(zhì)并降低生產(chǎn)成本，這也正是科研人員追求的目標(biāo)。冶金法制備的太陽能級多晶硅具有生產(chǎn)成本低、污染小及周期短的特點(diǎn)，被認(rèn)為是最能有效的降低多晶硅生產(chǎn)成本的技術(shù)之一。但冶金法制備晶錠電池轉(zhuǎn)換效率，雜質(zhì)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(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，間接改變固液界面形狀、熱流場形態(tài)及雜質(zhì)分布，達(dá)到提高晶錠品質(zhì)降

2、低生產(chǎn)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(jìn)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(nèi)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(shù)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(nèi)的熱流場，模擬結(jié)果結(jié)合數(shù)學(xué)理論工具，顯示出硅熔體內(nèi)流場主要由浮力所造成，隨著生長過程的進(jìn)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(nèi)增加一套磁場裝置，由赫姆霍茲線圈產(chǎn)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(jié)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(shí)設(shè)計(jì)改進(jìn)了硅熔體自由表面上方的氬氣導(dǎo)流裝置，模擬導(dǎo)流板的位置參數(shù)改變時(shí)，硅熔體內(nèi)氧雜質(zhì)的濃度場分布情況，通過模擬數(shù)據(jù)對比，獲得最優(yōu)的導(dǎo)流板設(shè)計(jì)參數(shù):導(dǎo)流板出口與硅熔體自由表面的距離h為