分析定向凝固多晶硅中细晶的产生.docVIP

分析定向凝固多晶硅中细晶的产生 直至当前，多晶硅材料仍然凭借其高性价比占据着世界光伏市场的主体地位。多晶硅的晶粒大小及组织形态与电池性能有着密切联系，粗大均一的晶粒有利于得到高质量的硅片，从而提高电池转化率。但是，在利用定向凝固法生长多晶硅锭时，晶锭的中心区域常常发现晶粒尺寸小于1mm2的细晶区域，其电学性能较差。如何避免细晶的产生，获得粗大均匀的结晶组织一直是生产多晶硅晶体追求的目标。多晶硅的晶粒形貌和尺寸，很大程度上取决于铸锭炉的热场结构和工艺过程。可借助于数值仿真技术，对铸锭多晶硅的结晶过程进行了仿真分析和实验。并通过对结晶界面形状、界面前沿的温度梯度、结晶速度、界面前沿熔体的流速等参数的比较，分析了多晶硅晶锭结晶过程中产生细晶的原因，并对如何避免细晶的产生提出了建议。 铸锭多晶硅是目前最主要的光伏材料，其结晶组织的形貌对太阳能电池的转换效率有着显著的影响。粗大均一的晶粒有利于得到高质量的硅片，从而提高电池转化效率。而在多晶硅锭的中心区域经常发现晶粒尺寸小于1mm2的细晶，其电学性能较差，影响该部分硅片的质量。利用计算机仿真技术和实验测量，结合组分过冷理论，对细晶形成机理和影响因素进行了探讨。研究表明，提高结晶界面前沿熔体的温度梯度与结晶速度的比值G/V、增强界面前沿熔体的对流强度，并维持较为平坦的结晶界面，有利于避免细晶的产生。 采用计算机仿真技术对两种不同的热场结构进行了仿真分析，并进行了实验。对于多晶硅铸锭中心部分区域产生细晶的现象，从结晶界面前沿的温度梯度与结晶速度比值G/V、熔体的径向对流强度以及结晶界面的形状等因素进行了分析可知： 1)对同一种热场结构，随着结晶过程的进行，G/V值在结晶初期略有降低后逐渐增大，产生细晶的可能性逐渐降低。对于不同的热场结构，是否产生细晶以及细晶含量的多少不能单独通过比较G/V的值来判定。 晶锭中心处结晶界面前沿熔体的径向对流强度较弱，使得该处溶质边界层较厚，是导致细晶出现在该处的主要原因。强化结晶界面前沿熔体的径向对流强度，有利于减少该处的边界层厚度，降低产生细晶的可能性。 相比较上凸的结晶界面，平坦的结晶界面，有利于抑制细晶的产生。 随钢材质量和性能要求的提高，在钢包精炼炉（LF炉）原有的还原气氛埋弧加热、真空脱气、透气砖吹氩搅拌等成熟技术之外，引入了合成渣精炼技术。为达到去除杂质元素的目的。精炼合成渣必须具备的基本功能为：（1）深脱硫；（2）深脱氧；（3）起泡埋弧；（4）去除钢中非金属夹杂物，净化钢液；（5）改变夹杂物的形态；（6）防止钢液二次氧化和保温作用。在设计精炼合成渣时,要实现上述基本功能，应该遵从高碱度、强还原性、低熔点、适当流动性的原则。综合考虑，实际的合成渣为CaO（42-52%）-Al2O3（35-45%）-CaF2（≤6.0）-MgO（≤5.0）-SiO2（≤6.0）五元渣系。 此合成渣的光学碱度为0.74～0.80，具有较强的脱硫能力和良好的发泡性能，可以满足较强的脱硫和吸附夹杂物的能力；黏度为0.23～0.41Pa·s，与其他研究得到的脱硫适宜黏度范围0.25～0.45Pa·s相符合，说明该合成渣具有良好的脱硫动力学条件和发泡性能；精炼合成渣熔点温度不超过1400℃，低于钢水精炼温度150℃以上，这样精炼合成渣能够迅速成为液相，提高脱硫速率，缩短精炼时间。 此具有高碱度低熔??的特性，实验室条件下，平均脱硫率为84.5%。在工业实验中，根据钢种出钢要求，设计加料方案，可以达到100%出钢化渣率，大大缩短精炼时间。