Φ200mm太阳能级CZSi单晶生长速率的数值模拟研究

摘要

目前，太阳能光伏产业主要向两个方向发展：（1）降低成本；（2）提高光电转换效率。 而提高硅单晶的单产则是降低成本中极其重要的环节，通过增大投料量，扩大晶体直径固然能够提高单产，但是大投料使得大熔体中的自然对流进一步加强，从而引起硅中的氧碳含量增加，这样由于硅中BO 复合体的存在不仅降低了其光电转换效率，，而且带来效率衰减。为此有人提出磁场拉晶的方法来降低氧碳含量，但这又与降低成本的呼声背道而驰。 综合来说，改善热场的分布，提高结晶潜热的释放速率，增大拉速才是提高单产和降低成本的最理想的选择。 对Φ200 mm 太阳能级CZSi 单晶生长中的氩气导流系统进行了改进，并采用有限元法对其进行了数值模拟，实验表明新型复合式导流系统成功的优化了热场,熔体和晶体中的纵向温度梯度适当增大，拉晶速率提高至平均0.9 mm/min，同时生长过程的稳定性得到改善。 对国产TDR-80 型单晶炉的复合式热场系统进行了优化设计,建立了不同条件下的理论模型,采用有限元数值模拟的方法分析了主加热器的延伸率、埚径比和熔体高度变化对直拉硅单晶生长中的温度梯度和热流密度分布的影响,为提高晶体生长速率和质量提供了必要的理论依据。