穩(wěn)恒電流對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存在的關鍵技術問題。合金精煉過程中初晶的結晶凝固過程對雜質的分凝行為有重要的影響，同時也決定合金精煉方法的實際應用可行性。本文通過在Al-Si合金精煉工藝的基礎上引入穩(wěn)恒電流，利用電流帶來的電遷移、焦耳熱等多種效應對硅原子的作用，改變初晶的析出行為，加強雜質的分凝過程。本文主要探討了電流焦耳熱效應

2、的影響，以及穩(wěn)恒電流在熔體中引入的對流機制對初晶硅生長的影響，得出的主要結論如下：
　　（1）由于石墨電極與合金存在電阻率差異，導致穩(wěn)恒電流在兩種材料中產生的熱量不同，從而使合金熔體中存在一個兩端溫度高、中間溫度低的溫度梯度；該溫度梯度導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。
　?。?）通過酸洗計算硅源損耗量發(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，與合金成分無關；當電流密度為5.0×105 A/m2時，合金升高溫度約為90°C；當電流密度為1.0×106 A/m2時，合金升高的溫度約為160°C；電流引入的焦耳熱效應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，爐體降溫速率由0.0373K/s降低到0.0023K/s。
　　（3）電流密度的增大，改變了初晶硅的析出形貌，促進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，初晶硅平均枝晶寬度由150μm增加到600μm；焦耳熱效應使初晶硅尖角減少，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，導致在局部區(qū)域出現(xiàn)了大量細小的初晶硅；
　?。?）穩(wěn)恒電流產生對流機制的原因，一方面是由于硅原子遷移導致的溶質濃度不均，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