多晶硅电磁冷坩埚连续熔铸技术

论文摘要

由于电磁冷坩埚连续熔铸技术的高效率性、对材料的无污染性及低成本性,其对太阳能级多晶硅锭的制备具有重要意义。本论文在实验室原有设备、经验和技术的基础上,对于多晶硅电磁冷坩埚连续熔铸技术进行了探索性的研究,解决了工艺过程中出现的一些问题,最终拉制出了一定长度、表面质量及内部组织良好的多晶硅锭。设计加工了适用于颗粒料连续送料的活塞式加料器。并通过在活塞送料口端加上搅拌小电机,有效解决了活塞送料过程中的颗粒料于送料口端堆积、时而大股塌料的问题,实现了真空室内送料速度可控的连续均匀送料。对连续抽拉工艺过程进行了研究分析,通过不同启熔底托材质、预热端面形状、所处位置及初始底料预置量的对比实验研究及理论分析,确定出了底托材质为石墨、端面为倒圆锥形、上端面处于感应线圈第2匝及预置10g底料的最佳启熔条件;通过送料及加热功率的合理控制,减少了熔池熄灭、熔体飞溅等熔池不稳定现象的出现;通过扩大螺纹直径及变截面的方法解决了连续抽拉过程中底托沿螺纹处被拉断的问题,从而确保了拉锭工艺的顺利进行。最后,综合利用宏观及微观分析方法,对多晶硅凝固缺陷及组织进行了研究,分析了各种缺陷的形成过程及影响因素,发现了多晶硅锭中明显的分区组织。即沿径向分为表层细晶区、中间过渡区及中心定向区;轴向分为初始启熔凝固区、稳态生长区及最终驼峰凝固区。研究了抽拉速度对多晶硅凝固组织的影响规律。研究表明,随着抽拉速度的提高,凝固界面下凹程度加大,结晶晶粒尺寸变小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 太阳能电池及其材料的发展现状
• 1.2.1 太阳能电池的分类
• 1.2.2 硅太阳能电池的分类
• 1.2.3 多晶硅的提纯制备方法
• 1.2.4 多晶硅的铸造成形技术
• 1.2.5 国内太阳能级硅发展现状
• 1.3 电磁冷坩埚技术及其应用
• 1.3.1 电磁冷坩埚技术的原理
• 1.3.2 电磁冷坩埚技术的特点
• 1.3.3 国内外电磁冷坩埚技术的研究与应用
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 实验装置与方法
• 2.1 研究方案与技术路线
• 2.2 实验设备
• 2.3 加料器的设计加工与优化
• 2.3.1 加料器的加工
• 2.3.2 加料器加料速度的测定
• 2.3.3 加料器的改进
• 2.4 实验材料
• 2.5 试样分析与测试方法
• 第3章 多晶硅电磁冷坩埚连续熔铸工艺研究
• 3.1 前言
• 3.2 多晶硅原料的启熔
• 3.2.1 启熔原理与方式
• 3.2.2 启熔影响因素
• 3.3 熔池的稳定
• 3.3.1 熔池熄灭分析及控制
• 3.3.2 熔体飞溅分析及控制
• 3.4 启熔器拉断分析及改进
• 3.5 本章小结
• 第4章 多晶硅锭缺陷及组织研究
• 4.1 前言
• 4.2 缺陷分析与研究
• 4.2.1 表面缺陷
• 4.2.2 宏观缺陷
• 4.2.3 微观缺陷
• 4.3 凝固组织研究
• 4.3.1 宏观组织
• 4.3.2 微观组织
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢