多晶硅鑄錠爐溫度場(chǎng)可視化分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、太陽(yáng)能作為一種可再生清潔能源，為解決能源危機(jī)、環(huán)境污染等問(wèn)題做出了巨大貢獻(xiàn)。多晶硅鑄錠爐生產(chǎn)的硅錠作為太陽(yáng)能電池的主要材料，硅錠的質(zhì)量直接影響太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。硅料在鑄錠爐內(nèi)通過(guò)加熱系統(tǒng)將硅料熔化，硅液在豎直方向的溫度梯度下開(kāi)始結(jié)晶生長(zhǎng)硅錠。硅錠內(nèi)碳、氧等非金屬雜質(zhì)和少子壽命都直接或間接受到爐體內(nèi)溫度分布影響。加熱系統(tǒng)包括加熱體、坩堝、石墨平臺(tái)、隔熱屏等，這部分實(shí)體結(jié)構(gòu)稱(chēng)為“熱場(chǎng)”結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)對(duì)多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)的研究相對(duì)比較少，本

2、文以某企業(yè)生產(chǎn)的450kg鑄錠爐作為研究對(duì)象，進(jìn)行了以下研究:
　　本文利用有限元ANSYS軟件對(duì)450kg多晶硅鑄錠爐硅料熔化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值分析與試驗(yàn)研究，通過(guò)仿真與試驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證仿真模型及參數(shù)的正確性。保持450kg鑄錠爐在爐體不變情況下，增大坩堝尺寸，改變加熱體等其他熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)位置，增大有效加熱區(qū)域，將450kg鑄錠爐升級(jí)為550kg鑄錠爐。文章對(duì)550kg鑄錠爐硅料加熱熔化過(guò)程中爐體內(nèi)溫度分布情況進(jìn)行研究，計(jì)算結(jié)果表明，550

3、kg鑄錠爐中硅料可以完全熔化，進(jìn)行下一階段的結(jié)晶生長(zhǎng)，且單位質(zhì)量的硅料熔化時(shí)間明顯縮短，有利于提高硅錠的生產(chǎn)效率，減少能量的消耗。石墨加熱體作為鑄錠爐的加熱部分，為硅錠的生產(chǎn)提供能量。通過(guò)公式計(jì)算對(duì)加熱體的加熱功率進(jìn)行計(jì)算校核，計(jì)算結(jié)果表明，加熱體的加熱功率符合多晶硅鑄錠爐的要求。利用ANSYS Workbench軟件對(duì)石墨加熱體進(jìn)行熱-電耦合計(jì)算，加熱體的最高溫度及加熱體的溫度均勻性都符合設(shè)備的使用要求。隔熱籠作為多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)