多場(chǎng)耦合下定向凝固法制備多晶硅的數(shù)值模擬.pdf

1、太陽能是一種清潔的可再生能源，是解決未來能源危機(jī)的理想選擇。目前，多晶硅太陽電池具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。然而，多晶硅的定向凝固是多物理場(chǎng)耦合作用下一個(gè)復(fù)雜的晶體生長(zhǎng)過程。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，難以精確的掌握硅熔體中各個(gè)物理場(chǎng)的變化規(guī)律。隨著計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，模擬仿真方法成為了一種直觀了解晶體生長(zhǎng)的有效手段。本工作借助Comsol Multiphysics4.3 a多物理場(chǎng)仿真軟件對(duì)多晶硅晶體生長(zhǎng)的過程進(jìn)行了數(shù)值

2、模擬，并獲得了硅熔體的熱場(chǎng)、流場(chǎng)、磁場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律，為探索多晶硅定向生長(zhǎng)提供了一種新的途徑。
　　本文采用熱場(chǎng)和流場(chǎng)或應(yīng)力場(chǎng)耦合研究了多晶硅定向凝固爐內(nèi)的坩堝和冷卻平臺(tái)組合結(jié)構(gòu)以及加熱器分布對(duì)硅熔體熱場(chǎng)和流場(chǎng)的影響，并分析了坩堝形狀、坩堝倒角半徑和晶體內(nèi)溫度梯度對(duì)硅晶體內(nèi)熱場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律。采用倒錐形坩堝有利于減小多晶硅鑄錠中的熱應(yīng)力。隨著坩堝倒角半徑的增加，晶體中的熱應(yīng)力值下降幅度逐漸減小。當(dāng)硅晶體中溫度梯度增加時(shí)，晶

3、體中的熱應(yīng)力平均值增加幅度逐漸降低。運(yùn)用熱場(chǎng)、流場(chǎng)和磁場(chǎng)耦合研究了多晶硅晶體定向生長(zhǎng)的過程，重點(diǎn)分析了不同磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)、不同磁場(chǎng)分布和不同磁場(chǎng)強(qiáng)度作用下多晶硅定向凝固工藝參數(shù)的變化情況。當(dāng)磁場(chǎng)線圈與硅熔體中心面的距離由60mm減小到-60mm時(shí)，硅熔體的最大流速由70μm/s減小到了41μm/s，相比減小了41.43％。當(dāng)磁場(chǎng)線圈保持在硅熔體中心面下方60mm處，磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸由0T逐漸增加到0.8T時(shí)，硅熔體的軸向溫度梯度最大降幅為15K/