鑄造多晶硅熱流場(chǎng)模擬與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的改進(jìn)研究.pdf

1、多晶硅太陽(yáng)能電池目前仍是市場(chǎng)占有率最高的太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)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(yáng)能級(jí)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(guò)研究鑄造多晶硅定向凝固過(guò)程的熱流場(chǎng)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(chǎng)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(duì)鑄造多晶硅定向生長(zhǎng)的多物理場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行描述，從理論上分析多晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中的定向凝固特性，從晶錠內(nèi)部晶體的組織特征、生長(zhǎng)條件到凝固界面形態(tài)，再到工藝參數(shù)的影響，得出生長(zhǎng)系統(tǒng)的控制方程和邊界條件，再采用多物理場(chǎng)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(chǎng)，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(chǎng)主要由浮力所造成，隨著生長(zhǎng)過(guò)程的進(jìn)行流場(chǎng)形態(tài)會(huì)發(fā)生變化。為探索磁場(chǎng)

3、作用下多晶硅定向生長(zhǎng)的熱流場(chǎng)分布情況，在鑄錠爐內(nèi)增加一套磁場(chǎng)裝置，由赫姆霍茲線圈產(chǎn)生均勻的軸向磁場(chǎng)，模擬硅熔體在軸向磁場(chǎng)作用下的晶體生長(zhǎng)，模擬結(jié)果顯示磁場(chǎng)作用下，多晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中溫度場(chǎng)更加平整，流場(chǎng)受到洛倫茲力作用流動(dòng)受到抑制，特別是徑向流動(dòng)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(chǎng)分布情況，通過(guò)模擬數(shù)據(jù)對(duì)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