多晶硅鑄錠冷卻過程優(yōu)化仿真及實驗驗證.pdf

1、多晶硅太陽電池是光伏市場的主流，定向凝固技術是生產多晶硅的主要方法，對定向凝固多晶硅鑄錠生產過程中的冷卻階段的工藝優(yōu)化有利于降低能耗，提高多晶硅質量。本文在多晶硅鑄錠常規(guī)冷卻工藝基礎上，通過有限元模擬方法首先考察了6條不同Tc2升溫幅值的工藝曲線，6條Tc2與Tc1不同交點的工藝曲線對多晶硅鑄錠中的溫度場、應力場和位錯密度的影響。位錯密度的分析分別采用了CRSS位錯模型和HAS位錯模型。結果發(fā)現(xiàn):Tc2不經(jīng)歷升溫階段，且Tc1與Tc2交

2、點在800 K時，多晶硅鑄錠中平均von Mises應力、最大應力和位錯密度均最小。不同工藝曲線下的硅錠內的最終應力分布和位錯密度分布情況基本相同，僅數(shù)值上的微小差異。HAS位錯模型因引入了蠕變而更符合實際，HAS位錯模型中的硬化指數(shù)取常數(shù)或變量，以及等效應力采用CRSS模型中的表達式對結果影響較小，但硅錠上表面的幾何形狀對結果影響較大，為水平面時應力和位錯密度均最小。
　　 然后模擬考察了不同的出爐溫度點對硅錠中的應力和位錯密

3、度的影響。發(fā)現(xiàn):600 K溫度出爐為最好，高于它的650 K和700 K溫度出爐均有應力增大，位錯密度升高的現(xiàn)象。
　　 最后以小尺寸硅塊為對象，分別做了2 K/min和5 K/min冷卻速率下硅塊位錯密度的模擬與實驗對比分析。模擬結果表明，5 K/min冷卻條件下輻射對流狀況更加劇烈，溫差、平均von Mises應力及位錯增殖相對2K/min冷卻條件結果也更大。之后通過實驗發(fā)現(xiàn)5 K/min冷卻速率下總體位錯密度升高15.4％