感應(yīng)加熱制備太陽(yáng)能級(jí)鑄造準(zhǔn)單晶硅生長(zhǎng)機(jī)理研究

【摘要】：太陽(yáng)能是一種重要的綠色可再生能源,并且在二十一世紀(jì)前半期成為最重要的基礎(chǔ)能源之一。目前為止,在光伏發(fā)電中晶硅類(lèi)太陽(yáng)能電池占整個(gè)光伏市場(chǎng)的90%以上,在晶硅類(lèi)材料中,傳統(tǒng)直拉單晶硅材料中雜質(zhì)和缺陷的含量低且其太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率高,但生產(chǎn)成本也較高；鑄造多晶硅生產(chǎn)成本低,但其內(nèi)部存在較多的晶界、位錯(cuò)和雜質(zhì),嚴(yán)重影響其太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。鑄造準(zhǔn)單晶硅結(jié)合了直拉單晶硅與鑄造多晶硅的優(yōu)勢(shì),其生產(chǎn)成本低且轉(zhuǎn)化效率高,它的出現(xiàn)對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)具有重要意義。圍繞低成本高效率太陽(yáng)能電池晶硅材料,本文采用專業(yè)晶體生長(zhǎng)數(shù)值模擬軟件(CGsim)對(duì)太陽(yáng)能級(jí)鑄造準(zhǔn)單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中感應(yīng)加熱和電阻加熱兩種加熱條件下進(jìn)行功耗對(duì)比,并對(duì)感應(yīng)線圈高度、感應(yīng)線圈頻率及拉錠速度對(duì)熔體流動(dòng)行為、固液界面及晶體氧含量進(jìn)行了系統(tǒng)的數(shù)值模擬,并獲得結(jié)果如下：(1)運(yùn)用感應(yīng)和電阻兩種加熱方式獲得了大致相同的熔體流動(dòng)狀態(tài)。感應(yīng)加熱方式下熔體內(nèi)部的溫度更加均勻且有效地降低熔體內(nèi)的溫度梯度,有利于晶體生長(zhǎng)。(2)熔體中電磁力是熔體流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力之一,并且感應(yīng)線圈高度與熔體高度的比值(k)對(duì)熔體內(nèi)電磁力的大小和分布具有很大的影響,當(dāng)k值為1.2時(shí),熔體內(nèi)形成一個(gè)上下貫通的渦流,有利于雜質(zhì)的揮發(fā)。同時(shí),當(dāng)感應(yīng)線圈頻率在3000 Hz-5000 Hz范圍時(shí),熔體對(duì)流強(qiáng)度較低,可以增加坩堝-熔體邊界層的厚度,降低熔體中的氧含量。(3)隨著拉錠速度的增大,固液界面曲率逐漸加大,增加了鑄錠邊緣區(qū)域多晶的形成幾率；另一方面,熔體溫度逐漸降低,導(dǎo)致晶體氧含量會(huì)逐漸減少；同時(shí),拉錠速度大于10 mm/h時(shí),固液界面處V/Gn值均大于臨界值。最終,最佳的鑄造準(zhǔn)單晶硅拉錠速度為10 mm/h—15 mm/h。 【關(guān)鍵詞】：準(zhǔn)單晶硅 感應(yīng)加熱 固液界面 氧含量V/Cn
【學(xué)位授予單位】：寧夏大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4;TN304.12
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-20
• 1.1 引言7-8
• 1.2 多晶硅定向凝固鑄造技術(shù)8-13
• 1.2.1 澆鑄法9-10
• 1.2.2 熱交換法10
• 1.2.3 布里奇曼法10-12
• 1.2.4 電磁感應(yīng)加熱連續(xù)鑄造12
• 1.2.5 定向凝固系統(tǒng)法12-13
• 1.3 鑄造準(zhǔn)單晶硅13-18
• 1.3.1 鑄造準(zhǔn)單晶硅的優(yōu)勢(shì)14-15
• 1.3.2 鑄造準(zhǔn)單晶硅的生產(chǎn)方法15-16
• 1.3.3 研究進(jìn)展16-18
• 1.4 本文研究的主要意義及內(nèi)容18-20
• 第二章 鑄造準(zhǔn)單晶硅生長(zhǎng)理論及數(shù)值模型建立20-28
• 2.1 電磁感應(yīng)加熱原理20-22
• 2.1.1 趨膚效應(yīng)及感應(yīng)加熱計(jì)算21
• 2.1.2 電磁力作用21-22
• 2.2 定向凝固的基本理論22-25
• 2.2.1 定向凝固過(guò)程中的傳熱問(wèn)題22-23
• 2.2.2 定向凝固過(guò)程中的雜質(zhì)分凝23-25
• 2.2.3 定向凝固過(guò)程中的成分過(guò)冷25
• 2.3 CG-sim軟件簡(jiǎn)介25-26
• 2.4 數(shù)值模型建立26-28
• 第三章 感應(yīng)線圈高度與熔體高度比值k的確定28-39
• 3.1 感應(yīng)加熱與電阻加熱的對(duì)比28-29
• 3.2 保溫層厚度對(duì)熔體內(nèi)部溫度的影響29-30
• 3.3 線圈高度與熔體高度比值k對(duì)鑄錠參數(shù)的影響30-38
• 3.3.1 線圈高度與熔體高度比值k對(duì)熔體對(duì)流的影響30-32
• 3.3.2 線圈高度與熔體高度比值k對(duì)石英坩堝內(nèi)壁影響32-33
• 3.3.3 線圈高度與熔體高度比值k對(duì)熔體自由表面的影響33-34
• 3.3.4 線圈高度與熔體高度比值k對(duì)硅熔體溫度的影響34-36
• 3.3.5 線圈高度與熔體高度比值k對(duì)固液界面形狀及氧含量的影響36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 感應(yīng)線圈頻率及拉錠速度對(duì)生產(chǎn)參數(shù)的影響39-49
• 4.1 鑄錠過(guò)程中籽晶鋪設(shè)厚度分析39-41
• 4.2 感應(yīng)線圈頻率對(duì)硅熔體的影響41-43
• 4.2.1 感應(yīng)線圈頻率對(duì)功率的影響41
• 4.2.2 感應(yīng)線圈頻率對(duì)熔體流動(dòng)行為的影響41-43
• 4.3 感應(yīng)線圈頻率對(duì)固液界面形狀及氧含量的影響43-44
• 4.4 拉錠速度對(duì)準(zhǔn)單晶硅生長(zhǎng)的影響44-48
• 4.4.1 拉錠速度對(duì)熔體內(nèi)溫度分布和熔體對(duì)流的影響44-45
• 4.4.2 拉錠速度對(duì)固液界面的影響45-47
• 4.4.3 拉錠速度對(duì)固液界面氧含量的影響47
• 4.4.4 拉錠速度對(duì)V/Gn值的影響47-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第五章 結(jié)論與展望49-51
• 5.1 結(jié)論49
• 5.2 展望49-51
• 參考文獻(xiàn)51-56
• 致謝56-57
• 個(gè)人簡(jiǎn)介57

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