多晶硅鑄錠冷卻過程優(yōu)化仿真及實驗驗證.pdf

1、多晶硅太陽電池是光伏市場的主流，定向凝固技術是生產(chǎn)多晶硅的主要方法，對定向凝固多晶硅鑄錠生產(chǎn)過程中的冷卻階段的工藝優(yōu)化有利于降低能耗，提高多晶硅質(zhì)量。本文在多晶硅鑄錠常規(guī)冷卻工藝基礎上，通過有限元模擬方法首先考察了6條不同Tc2升溫幅值的工藝曲線，6條Tc2與Tc1不同交點的工藝曲線對多晶硅鑄錠中的溫度場、應力場和位錯密度的影響。位錯密度的分析分別采用了CRSS位錯模型和HAS位錯模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn):Tc2不經(jīng)歷升溫階段，且Tc1與Tc2交

2、點在800 K時，多晶硅鑄錠中平均von Mises應力、最大應力和位錯密度均最小。不同工藝曲線下的硅錠內(nèi)的最終應力分布和位錯密度分布情況基本相同，僅數(shù)值上的微小差異。HAS位錯模型因引入了蠕變而更符合實際，HAS位錯模型中的硬化指數(shù)取常數(shù)或變量，以及等效應力采用CRSS模型中的表達式對結(jié)果影響較小，但硅錠上表面的幾何形狀對結(jié)果影響較大，為水平面時應力和位錯密度均最小。
　　 然后模擬考察了不同的出爐溫度點對硅錠中的應力和位錯密

3、度的影響。發(fā)現(xiàn):600 K溫度出爐為最好，高于它的650 K和700 K溫度出爐均有應力增大，位錯密度升高的現(xiàn)象。
　　 最后以小尺寸硅塊為對象，分別做了2 K/min和5 K/min冷卻速率下硅塊位錯密度的模擬與實驗對比分析。模擬結(jié)果表明，5 K/min冷卻條件下輻射對流狀況更加劇烈，溫差、平均von Mises應力及位錯增殖相對2K/min冷卻條件結(jié)果也更大。之后通過實驗發(fā)現(xiàn)5 K/min冷卻速率下總體位錯密度升高15.4％