基于ANSYS多晶硅锭凝固过程数值模拟

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1、论文选摘Papers，SNEC第三届(2009)国际太阳能光伏大会SNEC3rd(2009)InternationalPhotovoltaicPowerGenerationCD，咖fence基于ANSYS多晶硅锭凝固过程数值模拟NumericaISimulationofPoly—siliconlngotSolidif,icationProcessbasedOnANSYS李进(教授)，祖银芳LiJi(professor)，ZuYinfang摘要：由于多晶硅制备工艺试验难度大、周期长、费用高，有风险，数值模拟是一种廉价有效的方法，它对多晶硅生产技术起到了越来越重要的指导作用。

2、本文运用有限元软件模拟了多晶硅锭凝固过程。通过建模、网格剖分、求解计算，得到了热导率和焓随时间变化图，凝固过程的温度云图。所得结果与实验结论基本相符。关键字：多晶硅；定向凝固；数值模拟Abstract：Becauseofthebigtestingdifficulty,longcycles,expensivecostandhigllrisk,numericalsimulationisainexpensiveeffectivemethodtoshortendesigncyclesandreduceproductioncost．numericalsimulationplayed

3、moreandmoreimportantinstructionroletothepoly—siliconproductiontechnology，．Inthisarticleweutilizedthefiniteelementsoftwaretosimulatepoly-silicondirectionalsolidificationprocess．Throughmodelling，gridcuainginhalf,solutioncomputation，obtainedthechangechartofheatconductivityandtheenthalpyalong

4、withthetime，thetemperaturecloudchartofsolidificationprocess．Thenumericalsimulationresultandtheexperimentconclusiontallybasically．Keywords：poly—silicon，directionalsolidification，numericalsimulation1引言随着多晶硅在光伏市场中的需求迅猛增长，有关多晶硅的各项研究得到了相应发展，这也促进了数值模拟在多晶硅研究中的应用。20世纪90年代D．Franke和I．Steinbach[1—2】

5、将数值模拟应用于多晶硅生产的探索，他们用软件计算得到了多晶硅生长的一些初步的结果；近年来刘力军【3—4】等围绕多晶硅锭生长建立了一套较为系统的计算模拟体系；文献15】应用软件对多晶硅中的温度场与应力进行了研究；文献[6】用软件分析了坩埚尺寸、微小倾角以及冷却速率等对固液界面形状的影响；文献【7】的模拟得出非轴对称加热可增强对流，从而提高硅熔体的均一性，得到织构良好与电性能均一的多晶硅。到目前为止，国内在这方面的研究相对较少，林安中等【8】就几何参数及热量变化对多晶硅凝固过程固一液界面形状和温度梯度的影响研究。为了降低多晶硅生产成本，促进多晶硅制备技术的深入研究，本文运用A

6、NSYS软件模拟了多晶硅锭凝固过程，通过建模，网格剖分，数值求解计算，得到了热导率和焓随时间变化图，凝固过程的温度云图。它对多晶硅生产技术起到了指导作用。2凝固过程的模拟设计本文使用ANSYS软件模拟多晶硅凝固过程，主要步骤为：建模，加载求解，后处理。在设计模型的时候，首先假设此模型：关于Y轴对称；不考虑热辐射效应；坩埚的熔硅是分层的、不可压缩的；忽略熔体硅在坩埚中的流动。图1所示为多晶硅凝固的物理模型，由此模型和表1～3中的数据在ANSYS中建模。物理模型基本描述了本研究的物理环境，由表1尺寸的石英坩埚内盛有部分凝固的硅，坩埚处在竖直平面，由石墨托及其辅助装置(未画出)

7、固定，在坩埚底部有循环冷却装置，持续对坩埚及其内部的硅降温冷却。、、缘层；i液相l／禳匮釉li鋈l一：：一石英嬲醐ii：：f㈨㈨㈨／A／／／／／／／／／／／I／

8、、k龃鼻㈣∞◇拶锄一⋯一冷潭／．II-繇拿却牡一图1多晶硅定向凝固的物理模型图【8】Fig．1Thephysicalmoldedofpoly-silicondirectionalsolidificationprocess论文选摘PaDer$表2硅的参数SNEC第三届(2009)国际太阳能光伏大会SIVEC3rd(2009)InternationalPh。to、oitn