高效多晶硅铸锭定向凝固过程中行波磁场的控制机理研究

项目名称： 高效多晶硅铸锭定向凝固过程中行波磁场的控制机理研究

项目编号： No.51406156

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 能源与动力工程

项目作者： 李早阳

作者单位： 西安交通大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 籽晶辅助定向凝固法铸造的多晶硅铸锭是高效的太阳能电池材料。铸锭过程要求控制初始形核、增大中部晶粒并抑制边缘多晶，这与硅熔体流动及固液相变界面形状密切相关。行波磁场是主动控制晶体生长过程中导电熔体流动与相变界面形状的有效方法。本项目拟结合理论分析、数值模拟与实验研究，探索铸造高效多晶硅铸锭的硅料熔化与晶体生长过程中行波磁场对熔体流动和相变界面的控制机理。采用低熔点合金GaInSn开展物理模型实验，分析石墨坩埚对磁场分布的影响，结合实验数据建立能够合理描述磁场与洛伦兹力分布、有效预测熔体流动特性、精确跟踪相变界面的热磁耦合数值模型。基于上述模型及现有晶硅铸锭实验台，研究行波磁场大小、方向、频率、相移及布置等参数对化料与长晶过程中功率消耗、温度分布、熔体流动及相变界面的影响规律。本项目将为高效多晶硅铸锭过程中利用行波磁场控制熔体流动与相变界面形状、进而控制晶粒的形核与生长提供科学理论依据。

中文关键词： 晶硅铸锭；定向凝固；行波磁场；传热流动；相变界面

英文摘要： The multi-crystalline silicon (mc-Si) ingots cast by seed-assisted directional solidification (DS) method are high-performance solar cell materials. The key challenges in the DS process are controlling the initial nucleation, increasing the central grain

英文关键词： Crystalline silicon ingots；Directional solidification；Traveling magnetic field；Heat transfer and fluid flow；Phase change interface