穩(wěn)恒電流對(duì)Al-Si合金中初晶硅生長及分布的影響研究.pdf

1、冶金法制備太陽能級(jí)多晶硅的方法獲得了廣泛的研究，它是由多種提純工藝優(yōu)化集合而成。本論文以冶金法為背景，研究了合金精煉提純工藝在生長提純多晶硅時(shí)存在的關(guān)鍵技術(shù)問題。合金精煉過程中初晶的結(jié)晶凝固過程對(duì)雜質(zhì)的分凝行為有重要的影響，同時(shí)也決定合金精煉方法的實(shí)際應(yīng)用可行性。本文通過在Al-Si合金精煉工藝的基礎(chǔ)上引入穩(wěn)恒電流，利用電流帶來的電遷移、焦耳熱等多種效應(yīng)對(duì)硅原子的作用，改變初晶的析出行為，加強(qiáng)雜質(zhì)的分凝過程。本文主要探討了電流焦耳熱效應(yīng)

2、的影響，以及穩(wěn)恒電流在熔體中引入的對(duì)流機(jī)制對(duì)初晶硅生長的影響，得出的主要結(jié)論如下：
　?。?）由于石墨電極與合金存在電阻率差異，導(dǎo)致穩(wěn)恒電流在兩種材料中產(chǎn)生的熱量不同，從而使合金熔體中存在一個(gè)兩端溫度高、中間溫度低的溫度梯度；該溫度梯度導(dǎo)致初晶硅在合金中間位置發(fā)生明顯聚集現(xiàn)象，析出區(qū)域由38mm，縮短至14mm；在合金兩端添加硅源，有效降低了兩種材料中的溫度差，初晶硅聚集現(xiàn)象消失。
　　（2）通過酸洗計(jì)算硅源損耗量發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)恒

3、電流引起了合金溫度升高，且該溫度變化與電流密度有關(guān)，與合金成分無關(guān)；當(dāng)電流密度為5.0×105 A/m2時(shí)，合金升高溫度約為90°C；當(dāng)電流密度為1.0×106 A/m2時(shí)，合金升高的溫度約為160°C；電流引入的焦耳熱效應(yīng)延緩了爐體的正常降溫過程，電流密度由0增加到1.5×106 A/m2時(shí)，爐體降溫速率由0.0373K/s降低到0.0023K/s。
　?。?）電流密度的增大，改變了初晶硅的析出形貌，促進(jìn)了粗大的片狀初晶硅的形成

4、，電流密度由0增加到1.5×106 A/m2時(shí)，初晶硅平均枝晶寬度由150μm增加到600μm；焦耳熱效應(yīng)使初晶硅尖角減少，初晶硅邊緣趨于圓滑；穩(wěn)恒電流降低了固液界面前沿的過冷度，促使初晶硅晶核的形成，導(dǎo)致在局部區(qū)域出現(xiàn)了大量細(xì)小的初晶硅；
　?。?）穩(wěn)恒電流產(chǎn)生對(duì)流機(jī)制的原因，一方面是由于硅原子遷移導(dǎo)致的溶質(zhì)濃度不均，另一方面是由于固液兩相上的溫度差異引起局部對(duì)流；前者使析出生長的初晶硅呈“波浪”式存在于熔體中，并使正極處的硅源