多晶硅铸锭内嵌杂质引发热致应力的数值分析

发布时间：2017-08-23 19:27

  本文关键词：多晶硅铸锭内嵌杂质引发热致应力的数值分析

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【摘要】：多晶硅因其较高的能量转化效率,以及与单晶硅相比低的生产成本而在光伏太阳能电池产业得到日益广泛的使用。本文对制造光伏太阳能电池用多晶硅锭中的主要硬质夹杂SiC、Si3N4引起的热致应力进行数值分析。首先用晶体生长软件CGsim模拟定向凝固获得铸锭凝固初始温度场及夹杂分布特征。结果表明,两种夹杂主要分布在硅锭上表面下的小区域内,基本处于1685K至1645K温度区间。再基于此用有限元分析软件ANSYS分别分析这两种嵌于硅基体内的夹杂在硅基体内引起的热致应力。夹杂颗粒模型形状设计依据其实际形状特征。由于SiC与硅均为立方结构,SiC夹杂影响可处理为各向同性；对于六方结构的Si3N4夹杂,通过对弹性矩阵的坐标转换考虑了其力学性能的各项异性。结果表明,多晶硅锭由1685K降至室温的过程中,夹杂引起的最大热致应力SiC颗粒约为16MPa,Si3N4颗粒在13-21MPa之间,SiC团簇约为15MPa,多颗粒在18-21MPa之间。基于此,计算出多晶硅锭内最小失稳临界裂纹尺寸在286～676μm之间,小于夹杂体的尺寸,因此在铸锭冷却过程中夹杂引起的裂纹发生可能性较大。本文对C、N杂质引入的可能途径也进行了分析,并给出了降低杂质含量的工艺建议。
【关键词】：多晶硅 夹杂 热致应力
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;TN304.12
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 第一章 绪论6-18
• 1.1 太阳能产业中的硅6-11
• 1.2 硅的物理、化学及半导体性质11-12
• 1.3 多晶硅中杂质及夹杂物危害12-16
• 1.4 本文的主要研究内容及方法16-18
• 第二章 CGsim晶体生长软件分析18-27
• 2.1 定向凝固法18-23
• 2.2 CGsim建模及模拟23-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 多晶硅锭内嵌杂质热致应力有限元分析27-40
• 3.1 引言27
• 3.2 有限元方法及ANSYS简介27-31
• 3.3 有限元ANSYS数值分析31-37
• 3.4 失稳临界裂纹尺寸计算37-38
• 3.5 杂质的引入及建议38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第四章 结论与展望40-41
• 4.1 结论40
• 4.2 展望40-41
• 参考文献41-44
• 致谢44-45
• 个人简历45

【参考文献】

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1 王长贵;;太阳电池的发展趋势[J];太阳能;2008年01期

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本文编号：726856