多晶硅真空定向凝固过程中保温温度对铸锭质量影响的研究

发布时间：2023-03-05 03:13

　　现如今,真空定向凝固是冶金法制备太阳能级硅最主要工序之一,但定向凝固法制备太阳能级多晶硅是一个高度真空、高温加热的不可视的过程,且伴随热量传递、高热应力、固液相变、熔体流动等复杂的物理特征,各个物理特征之间具有相互耦合的关系,所以这个过程需从工艺技术和理论上进行深入的研究和认识。本文采用#3303工业硅进行多晶硅真空定向凝固实验和数值计算研究,考虑了由于硅熔体的自由表面张力梯度所产生的Marangoni效应、其对硅熔体流动速度、铸锭内部应力场-温度场及固-液界面形状均有影响,本文以多晶硅真空电阻炉为依据,1:1建立了垂直Bridgman系统下的多晶硅真空定向凝固过程中硅料内部温度-流动-应力场等多场耦合模型,并通过实验和数值模拟结合研究了保温温度对多晶硅真空定向凝固过程中铸锭内部的晶体生长取向、杂质去除率及杂质分布形态的影响。研究结果表明:下拉速度10μm/s、保温时间0.5h、保温温度1730K的条件下形成的多晶硅铸锭内部晶体生长取向、除杂效果、杂质分布形态等各项指标最优;当保温温度过高(≥1760K)时,一方面会使凝固过程中的固态硅料发生重熔,硅锭内部释放热应力的能力相对减弱,同时...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 世界能源概况
    1.2 多晶硅光伏产业的研究现状
    1.3 多晶硅在光伏产业中的应用
    1.4 工业生产多晶硅的方法
        1.4.1 改良西门子法
        1.4.2 流态床反应法
        1.4.3 冶金法
    1.5 本文研究内容及意义
第二章 研究对象及方法
    2.1 研究对象
    2.2 实验研究设备
        2.2.1 实验装置及结构参数
        2.2.2 实验装置工作原理
    2.3 模拟过程中的物性参数
    2.4 检测设备的原理及方法
        2.4.1 微波光电导衰减法
        2.4.2 四探针测试法
        2.4.3 X射线衍射分析法
        2.4.4 局部X射线光谱分析
    2.5 其他设备简介
第三章 多晶硅真空定向凝固过程的理论分析
    3.1 真空定向凝固工艺
        3.1.1 真空定向凝固技术的原理
        3.1.2 真空定向凝固技术的流程
        3.1.3 定向凝固技术的应用
    3.2 定向凝固过程中的杂质分凝效应
    3.3 定向凝固过程中的Mangoni效应
    3.4 模拟定向凝固过程的理论分析
        3.4.1 网格设置及模型假设
        3.4.2 模拟定向凝固过程的理论方程
    3.5 定向凝固实验及模拟方案
第四章 保温温度对多晶硅铸锭质量的影响
    4.1 模拟与实验的温度对比
    4.2 数值模拟结果及分析
        4.2.1 保温温度对熔体流动的影响
        4.2.2 保温温度对硅锭内部热应力的影响
        4.2.3 保温温度对硅锭内部固-液界面的影响
        4.2.4 分段保温对硅锭质量的影响
    4.3 本章小结
第五章 多晶硅真空定向凝固的优化实验
    5.1 实验方案
    5.2 实验结果与分析
        5.2.1 保温温度对多晶硅铸锭晶体形貌的影响
        5.2.2 保温温度对少子寿命的影响
        5.2.3 保温温度对除杂效果的影响
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录 A
附录 B 数值模拟参数命名



本文编号：3755585