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新型单晶硅水平条带生长机理及控制系统研究
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2019/10/30 8:48:40  

摘要:本文提出了一种可以直接快速的生长超薄单晶硅带的生长工艺,这种工艺可以大大降低制造高效率的太阳能电池板的成本和能源消耗。尽管垂直硅带技术已经发展了十数年,但是只有水平条带生长法(HRG)曾经制造出了单晶硅带。但是,这种硅带,并不足够薄,不能直接作为太阳能电池硅片来使用,但是同意没有相应的研究来证明在告诉拉动下,此生长过程是否会稳定,或者证明任何原因会导致此过程不稳定的产生。因此,本文对HRG过程如何稳定的生长单晶硅带和研究一种可以克服之前方法局限性的新的生长过程的新认识。

首先,本文提出了一种水平硅带生长过程的热分析模型,预测了在相应条件下,弯月面扩散生长的最终厚度,与其条件下的生长速率与生长长度的关系。随着生长长度的不断延伸,扩散生长的弯月面最终厚度会收敛至20%~25%的初始籽晶厚度。随后本文针对提出的热分析模型,研究了不同的条件下,凝固过程的动态特性。热区的边界温度的升高,会使熔融硅液相中的过冷度下降,但是液相中的温度梯度却会随着变大。边界温度大于1427℃时,液相内过冷度将不存在。而当冷区范围内,换热量增加时,固液两项交界处三相点位置会随之向热区移动,反之向冷区出口移动;而当提拉速度上升时,三相点位置向冷区移动反之向热区移动。

接着,本文基于提出的热分析模型,结合了之前研究发展的垂直铸锭法(CZ法)和垂直硅带法(EFG法),设计了用以试验水平生长法(HRG法)可行性的试验机装备。这一装备具有多处用以测量炉内不同区域温度分析的测试点以及用来测试凝固位置处温度变化情况的测温组件,可以提供完备的测试环境

最后,本文结合了现有发展的智能控制方法,对原型机的加热,换热以及提拉过程的控制系统进行了设计。

A new manufacturing process that directlythin, monocrystalline silicon wafers would significantly reduce the cost andenergy used to make high efficiency, crystalline-silicon solar panels. Althoughalternative silicon wafer manufacturing processes have been pursued fordecades, only the Horizontal Ribbon Growth(HRG) has ever demonstratedmonocrystalline silicon ribbons. Unfortunately, these ribbons have been toothick for commercial use and the HRG process model cannot explain either itsinability to produce thin ribbons or what conditions destabilize this processstably grows monocrystalline silicon and investigates a new approach toovercome its inherent process limitation.

First, we have presented the development ofa novel numerical HRG model. We have provided a qualitative description of ourmethod and discussed the development of a numerical model that couples heattransfer and impingement heat transfer that is based on phase-change energyconservation to better understand the variables associated with HRG systems andhow these variables change as a result of implementation of the proposedmethod. Furthermore, we have presented theory supporting our proposal that ourmethod can precisely regulate the thickness of the meniscus. We alsodemonstrated the influence of melt length and boundary temperature on the melt,and the effects of a fluctuating heat extraction rate and pulling velocity onthe solidification position. Lastly, we have provided an explanation forunstable growth.

Based on the mathematic model, we designeda new type of demonstrate device to understand the horizontal ribbon growthprocess. We also designed its thermal field control system to help the deviceto achieve a higher control accuracy. The controller combines PID and FUZZYalgorithm.

关键词:水平生长;传热传质;晶体相变;稳定性

Horizontal growth; heat transfer; phasetransition; stability

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