晶体硅定向凝固过程中凝固界面形状及热应力场的动力特性

针对太阳电池用矩形多晶硅铸锭定向凝固过程，建立包含凝固炉内部所有传热传质模式和整个凝固过程的三维热动力学过程数值模型，开发高效的算法和分析软件。针对矩形坩埚内高温硅熔体流动的强非定常湍流特性，以及凝固过程中对流传热的多时间尺度特点，开发高温熔体湍流的大涡模拟技术和凝固过程的多时间尺度模型。结合对凝固过程中炉内温度场的实验研究，将本软件进一步发展成为分析大尺寸矩形多晶硅铸锭定向凝固过程的有效工具。分别研究铸锭炉主要结构参数、石墨加热器的布置方案和晶体生长条件对熔体对流、固液凝固界面形状和凝固速度的影响。在此基础上，建立凝固过程中铸锭内部热应力场的动力学模型，研究凝固过程中固液凝固界面形状及铸锭内热应力场随时间的发展演化动力特性，并阐明其影响机制。为太阳能级晶体硅定向凝固过程的热场管理和凝固炉的开发设计提供科学理论依据。