太阳能级多晶硅定向生长工艺优化研究

发布时间：2020-10-19 15:04

　　 目前,光伏行业的发展越来越迅速,而在整个光伏行业中晶硅类太阳能电池所占比例最大。其中,单晶硅太阳能电池的杂质含量低,转换效率较高,并且单晶生产成本逐渐降低,导致多晶硅太阳能电池占比减少,因此需要对多晶硅品质方面进行研究来提高多晶硅市场占有率。本文以目前工业化所采用的800kg定向凝固多晶炉为模型,根据多晶硅传质传热,流体力学等理论和基本控制方程建立数学物理模型,并采用专业晶体生长软件CGsim对工业化定向凝固炉进行数值分析,从而为工业化生产提供理论依据,主要工作如下:(1)模拟了不同隔热块结构对不同长晶时期固液界面形状、氧含量、坩埚盖板上SiC、Si沉积物以及加热器消耗的影响,结果表明:顶部隔热结构下固液界面最为平坦有利于晶体生长,且固液界面氧含量平均浓度最低:顶部隔热结构下气氛中SiO含量最低,形成的SiC颗粒最少,相比原始结构下SiC沉积速率最大值降低了 16.8%;加热器上碳的总体消耗也随着隔热块的不断升高而降低,顶部隔热结构下加热器上碳消耗最低,能最大程度的提高加热器使用寿命。在最优热场结构下,熔料阶段铺设不同厚度籽晶,对比发现:当籽晶层厚度为30mm时为晶体生长的最佳参数。(2)最优热场结构和籽晶厚度下,研究炉体压强对SiC颗粒的影响,结果表明:随着压强增大,坩埚盖板上SiC最大沉积速率逐渐增加,熔体中SiC含量最大值随着压强增大而先增大后降低,综合考虑坩埚盖板上SiC沉积颗粒和熔体中siC含量,炉体压强为3000pa(22.5tor)左右时是晶体生长的最佳工艺参数。(3)最优热场结构、籽晶厚度、压强条件下,研究氩气流速对熔体对流形状、熔体温度的影响,结果表明:氩气流速在20-25slm时,熔体中呈现上下贯通的两个大对流,有利于杂质挥发;在20slm时熔体中温度梯度分布最均匀,最有利于晶体生长,另外,固液界面形状随氩气流速的增加而增加,氩气流速越小固液界面形状越为平缓,更有利于提高晶体品质。(4)在最优热场结构和拉晶工艺参数下,研究拉晶速率对不同长晶阶段固液界面的影响,结果表明:多晶硅铸锭初期、后期采用低拉速,中期采用较高拉速,整个铸锭总时间变化甚微,且能够提高晶体品质。最后,与合作厂商采用优化后工艺参数和热场结构铸造多晶硅锭,验证数值模拟的合理性,结果表明:多晶硅品质较好,顶部和底部少子寿命较高,成品率也随之提高。
【学位单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM914.41;O782;O613.72
【部分图文】：

能源危机成为了人们面临的重要问题，由于一次能源的慢慢枯竭和全球变暖的不??断加剧，人们需要对新能源进行不断地犮掘。通过使用可再生能源来代替一次能源是实现能??源口Ｊ持续发展的重要方式，所以，全世界各个国家高度重视新能源行业的发展。图１－１是??２０１７年１２月中国报告网对能源行业的预测，由图可知，传统能源所占比例逐年降低，石油??和煤炭尤为突出，应运而生的新能源渐渐占据一定比例，而且能源驱动经济发展，因此，寻??求一种高效的、清洁的能源迫在眉睫。??１００％?－－??９０％麵?新能源??８０％?－??水电??７０％?－??６０％?■?蜂白??５０％?－??４０％?－?煤炭??３０％?－?工紗兰??ｌｉ?ｌ?ｌ?Ｍ?ｌ?ｌ?ｌ?Ｈ?ｌ?：??ｌｇｇＤ＇ｉｇｅｓ＾ｏｏｏ＾ｏｏｓ１?２〇ｉｏｌ２〇ｉ３ｌ?２０１５１２０２ｃ１?２０２＾?２０３０１２０３５??图１－１能源分布前景预测图??新能源领域目前包括：太阳能、潮汐能、核能、风能、生物质能、地热能等。而在这些??新能源领域中，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，是人类未来开发的重要能??源之一【｜】。据国际能源署（ＩＥＡ）预测，到２０３０年全球光伏累计装机量有望超过１０００ＧＷ。??欧洲欧盟委员会联合研宄中心（ＪＲＣ）预测，至２０５０年，太阳能光伏发电将占全球全部发??电量的２５％．到２丨００年将达到６４°－＿。〖２１，截止２丨０６年底，全球光伏发电装机总容量超过３丨０ＧＷ，??并呈现稳步上涨的趋势。国际上，２０１９年德国可再生能源法发生了新变化，２０１８年１２月??德国第二议院通过了一系列新能源法律

．１１１１ＩＩ?ｉ??２０１３?２０１４?２Ｃ１５?２０１６?２０１７?２０１８?２０１９?２０２０??图１－２光伏装机量前景预测图??图１－２是２０１８年中国产业信息网对光伏装机总量的预测情况，由图可知，我国近几年??的太阳能新增装机量占比逐步提高，每年都大幅上涨。由此可知，我国太阳能行业的发展是??国家可持续发展战略中非常重要的一环。综上所述，太阳能将占据未来能源结构的主导地位＾??１．２光伏行业发展现状??１９５４年美国Ｂｅｌｌ公司发明了第一块太阳能电池，至此太阳能电池的发展拉开了序幕。??太阳能电池主要原理是利用太阳光的光生伏特效应，在半导体界面使光能转换成电能，其本??质是基下半导休器件的ｐ－ｎ结特性，在半导体材料内完成能量的转换。??截至目前，太阳能电池的发展种类繁多，主要包括晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和??光电化学太阳能电池Ｗ。图丨－３是２０１８年１２月集邦新能源网对全球光伏组件产量及预测，??由于薄膜太阳能电池和染料敏化太阳能电池还处于研发阶段

■?■?４０％??．１１１１ＩＩ?ｉ??２０１３?２０１４?２Ｃ１５?２０１６?２０１７?２０１８?２０１９?２０２０??图１－２光伏装机量前景预测图??图１－２是２０１８年中国产业信息网对光伏装机总量的预测情况，由图可知，我国近几年??的太阳能新增装机量占比逐步提高，每年都大幅上涨。由此可知，我国太阳能行业的发展是??国家可持续发展战略中非常重要的一环。综上所述，太阳能将占据未来能源结构的主导地位＾??１．２光伏行业发展现状??１９５４年美国Ｂｅｌｌ公司发明了第一块太阳能电池，至此太阳能电池的发展拉开了序幕。??太阳能电池主要原理是利用太阳光的光生伏特效应，在半导体界面使光能转换成电能，其本??质是基下半导休器件的ｐ－ｎ结特性，在半导体材料内完成能量的转换。??截至目前，太阳能电池的发展种类繁多，主要包括晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和??光电化学太阳能电池Ｗ。图丨－３是２０１８年１２月集邦新能源网对全球光伏组件产量及预测
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本文编号：2847367