鑄造多晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中雜質(zhì)的傳輸及數(shù)值模擬.pdf

1、鑄造多晶硅太陽(yáng)電池，具有產(chǎn)量大、能耗低、電池效率接近單晶硅電池等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為晶體硅太陽(yáng)電池的主流產(chǎn)品。為了滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要，生長(zhǎng)大尺寸多晶硅鑄錠和高質(zhì)量硅片成為該領(lǐng)域的關(guān)鍵。鑄錠尺寸的增大必將影響生長(zhǎng)中熱場(chǎng)和流場(chǎng)的分布，從而影響長(zhǎng)晶的穩(wěn)定性以及雜質(zhì)在爐內(nèi)的傳輸及分布。鑄錠中常出現(xiàn)的“黑云”和微晶，就是熔體中形成SiC和Si3N4顆粒造成的。一旦熔體中形成固體顆粒被界面捕獲長(zhǎng)入晶體，就會(huì)在鑄錠中形成夾雜。SiC和Si3N4的形核半徑

2、大于Si的形核半徑，當(dāng)熔體中Si圍繞SiC和Si3N4顆粒生長(zhǎng)，就會(huì)形成微晶。
　　 本課題主要針對(duì)大晶粒鑄錠生長(zhǎng)和不同的生長(zhǎng)工藝下雜質(zhì)的傳輸現(xiàn)象進(jìn)行研究。從理論上分析了雜質(zhì)的傳輸過(guò)程，建立了O，C，N以及固體顆粒在熔體中的輸運(yùn)方程?？紤]到SiO和CO能夠通過(guò)熔體自由表面進(jìn)行傳輸，O從坩堝壁進(jìn)入到熔體的現(xiàn)象。本文分別在熔體自由表面和熔體/坩堝界面建立了溶質(zhì)平衡方程。并采用數(shù)值模擬方法模擬了鑄錠生長(zhǎng)中雜質(zhì)的輸運(yùn)過(guò)程。具體研究?jī)?nèi)容如

3、下:
　　 1)分析雜質(zhì)在爐內(nèi)的具體傳輸過(guò)程，建立雜質(zhì)在爐內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)學(xué)模型。確立了熔體，晶體，結(jié)晶界面，自由表面和坩堝與熔體接觸面等處的一般控制方程和邊界平衡方程?？紤]到溫場(chǎng)、流場(chǎng)和濃度場(chǎng)之間存在耦合關(guān)系，模擬中也對(duì)生長(zhǎng)爐內(nèi)熱場(chǎng)和流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。
　　 2)改變石墨墊板刻槽深度以及個(gè)數(shù)的方法，在生長(zhǎng)的初期引入枝晶生長(zhǎng)。由于石墨墊板刻槽的出現(xiàn)，石墨墊板導(dǎo)熱變的不均勻。導(dǎo)致了結(jié)晶的初始階段界面上的溫度梯度不同，從而獲