大晶粒多晶硅鑄錠生長的熱場設(shè)計與數(shù)值模擬.pdf

1、太陽光伏電池能夠?qū)⑻栞椛渲苯愚D(zhuǎn)換為電能供人類使用,是一種清潔無污染的發(fā)電裝置。多晶硅太陽電池因制作工藝簡單、成本較低,占據(jù)了主要的光伏市場。然而,多晶硅鑄錠本身存在著大量的晶界、位錯以及氧、碳雜質(zhì)等缺陷,嚴(yán)重影響太陽電池的轉(zhuǎn)化效率。晶界是最主要的缺陷之一,在材料生長過程中或熱處理過程中,會引起雜質(zhì)的聚集及其它缺陷的產(chǎn)生。而大晶粒多晶硅或者準(zhǔn)單晶鑄錠大大減少了晶界的數(shù)目,其電池轉(zhuǎn)化效率接近單晶硅電池,因此生長大晶粒或準(zhǔn)單晶鑄錠,已經(jīng)成為

2、國內(nèi)外研究的熱點。
　　 本論文總結(jié)了晶體硅形核的基本原理及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,然后設(shè)計了三種熱場控制初始形核的方法。初始形核完成后,后續(xù)生長控制對晶粒長大也至關(guān)重要。論文設(shè)計了兩種方案控制后續(xù)生長,以便小晶粒向上向外生長為大晶粒。最后對設(shè)計方案進(jìn)行理論分析與數(shù)值模擬,討論了其中的熱場、固/液界面、熱應(yīng)力、雜質(zhì)分布及V/G值等,進(jìn)而為實驗提供理論指導(dǎo)。本文的主要工作如下:
　　 1.設(shè)計了三種控制形核的方案:第一種是噴射冷

3、卻,第二種是在坩堝內(nèi)放置一梯形槽石英板,第三種是在側(cè)加熱器下方增加隔熱環(huán),并且將熱交換塊設(shè)計成兩種模塊,內(nèi)層散熱,外層保溫;利用計算機數(shù)值模擬,對改進(jìn)后的熱場分析發(fā)現(xiàn),通過控制噴射冷卻的流量,不但可以達(dá)到點冷卻的效果,而且可以使溫度分布更加對稱,因而可以更好的控制初始形核的狀態(tài),進(jìn)而控制晶粒晶向。控制形核及后續(xù)生長的最佳氦氣噴射流量都在0～40L/min之間。梯形槽石英板也可以改變溫場分布,在石英板中心只設(shè)置一個梯形槽可以起類似點冷卻的