磁场在晶体生长中的应用

针对磁场在晶体生长中的应用,综述了近年来该领域数值模拟和实验研究的进展,包括静态磁场和动态磁场的产生原理及其在晶体生长中的效应。分析了晶体生长过程中存在的主要流动。综述了晶体生长过程中磁场力对导电熔体对流、固液界面形貌和杂质分布的影响,重点分析了磁场在直拉法单晶硅和定向凝固法多晶硅生长过程中的应用,总结了该领域当前存在的问题及其发展趋势。     

石墨垫板刻槽对生长大晶粒多晶硅杂质传输的影响

铸锭中过高的杂质浓度是影响铸造多晶硅太阳电池效率的主要因素之一。铸锭生长过程中的杂质主要有C、N、O、金属离子及固体颗粒SiC和Si3N4。这些杂质能够降低晶片中少数载流子的寿命及太阳电池的填充因子;同时固体颗粒会造成切片过程的断线和晶片表面产生划痕。设计了一种新的方法生长大晶粒多晶硅,对石墨垫板进行刻槽处理,并采用数值模拟的方法模拟了该生长过程杂质的传输。模拟结果表明,刻槽的深度明显影响着初始生长时结晶界面上O、C和N的分布;同时刻槽深度越大,生长速率越快,越能够抑制晶体中SiC和Si3N4的形成。     

直拉法单晶硅中位错影响因素研究进展EI北大核心CSCD

在介绍了直拉法单晶硅中位错形成及运动机理的基础上,归纳了其生长过程中籽晶热冲击、固液界面、晶体直径和杂质等因素对位错的影响,分析了硼、锗、氮、磷、砷掺杂元素和氧杂质对单晶硅位错行为的影响.籽晶热冲击会引起位错,而通过缩颈、回熔、籽晶预热以及采用掺杂的籽晶等方式可以使其得到抑制.凸向熔体的固液界面引起较大的边缘切应力产生边缘位错,当形状为平面时,可抑制位错形成;在重掺n型单晶硅中,固液界面的演变和{111}边缘面的形成可能促进过冷区域产生并中断顶锥生长,进而引发位错,并且边缘面的长度与熔融等温线的曲率有关;引晶时籽晶的不完全引晶,会产生位错且无法排出晶体,进而延伸至硅棒中;单晶硅直径增大和长晶过程中的直径波动都会增加位错的形成风险.掺杂是抑制位错形成与运动的有效方法,硼、锗、氮、磷、砷以及氧杂质对位错都起着不同程度的抑制作用,主要原因在于杂质原子对位错的钉扎效应.最后,针对缩颈工艺、热场设计、掺杂工艺和理论建模等方面,对未来的研究工作做出了展望.     

屋顶集热式太阳房供暖系统研究

研制了一种屋顶集热式太阳房供暖系统,对该系统进行了结构设计优化和试验测试,结果表明,在冬季晴朗的白天,对于保温较差的试验平房（热负荷约为120W／m^2）,利用1／2的屋顶面积集热,室内温度最高达到20℃,平均温度约18℃,比对照房温度高约6℃;对于保温较好的建筑物（采暖期热负荷约为20W／m^2）,太阳能供暖系统在冬季白天可有效地为房间供热,多余的热量利用储热装置储存以满足夜间供暖的需要,从而实现冬季24小时为建筑物供热的目标。     

定向凝固法多晶硅杂质控制数值模拟概述

在传统能源日渐消耗及可再生能源开发利用日趋受到重视的形势下,太阳能光伏发电逐渐成为最具潜力的可再生能源技术之一。多晶硅凭借高效率、低成本的优势成为最主要的光伏材料,其铸锭的品质和成本将直接影响太阳能电池的成本和光电转换效率。定向凝固法是制备多晶硅铸锭的重要方法,该方法晶硅生长过程中存在很多问题,包括熔体流动、杂质传输、固液界面的形状和结构以及缺陷。定向凝固过程中引入的有害杂质严重影响晶硅的机械和电学性能,是限制多晶硅光电转换效率的关键因素。长晶过程中定向凝固炉处于高温环境中,内部的传热传质极其复杂,不具备单一的线性关系和可推断性,且难于进行实验测量,因而数值模拟是研究定向凝固过程中传热传质现象的重要方式。降低长晶过程中杂质的含量可从两方面入手:(1)杂质的来源——原材料本身所携带的杂质和长晶过程中生成的杂质;(2)杂质的输运——找到杂质在熔体和氩气中的输运规律,并利用该规律控制杂质的分凝与输运。近年来,从控制杂质产生和输运的角度考虑,国内外对降低多晶硅中有害杂质的研究主要采用以下手段:(1)控制杂质产生,包括减缓坩埚与挡板之间的化学反应、优化顶部坩埚盖板、增设碳化硅涂层等;(2)优化氩气流动,例如使用导流系统、调整炉膛压力和氩气流量;(3)优化熔体对流形式,包括控制熔体流动方式及分凝、调整加热器功率大小及其排布、采用可旋转坩埚和调整石墨碳毡位置等。为进一步降低定向凝固法多晶硅铸锭成本,坩埚尺寸和投料量不断增大,熔体对流、杂质输运和界面形状也更加难于控制,外加磁场则成为控制熔体对流的一种强有力工具,并能进一步控制杂质输运。目前利用外加磁场控制定向凝固法多晶硅杂质的研究仍刚刚起步,具有很大的研究价值,其中电磁场(EMF)和行波磁场(TMF)在控制搅拌熔体对流方面具有巨大潜力,逐渐被用于多晶硅长晶过程。本文在深入分析杂质来源和输运机理的基础上,综述了国内外对多晶硅定向凝固过程中有害杂质的产生、分布、输运以及排出等问题的研究现状,总结了数值模拟中氩气导流系统、加热器以及外加磁场等因素对杂质的影响。     

太阳能平板集热/储热系统

介绍一种将相变储热材料和太阳平板空气集热器相结合的太阳能集热/储热系统(包括结构设计和试验测试),并对整个系统的储热效率和热损失进行了估算.结果显示,装置的储热效率可达23%,热效率达55%.而同样情况下的普通集热器的热效率仅为19%,远远小于前者.因此,该太阳能集热/储热系统可有效降低集热器的热损失,提高集热效率.     

建筑物辐射制冷研究

基于红外自然辐射制冷理论,建立了利用光学材料——红外带通滤光片作选择性透射盖板的辐射散热器模型,将其应用于建筑物的被动式降温,可将房间温度降低约2℃,具有推广价值.     

被动式太阳房的降温研究

通风的目的是保证室内良好的空气品质,采用自然通风方式是生态建筑设计的重要内容,自然通风形成的室内热环境有利于人体舒适性.太阳能烟囱管能强化房间的自然通风,可以有效地改善室内的空气品质和室内热环境,但尚未达到舒适的温度.     

泡生法蓝宝石不同生长阶段热应力的数值模拟研究

利用计算机模拟对泡生法蓝宝石单晶各生长阶段的热应力进行了分析,发现晶体中最大热应力位于籽晶与新生晶体交界处或靠近固液界面的晶体边缘,其次位于晶体肩部。在此基础上,针对某一生长阶段讨论了加热器位置和坩埚形状对晶体中热应力分布的影响。结果表明:固液界面处的热应力随着加热器轴向中点与熔体轴向中点的距离L的增加先减后增,当L为190mm时,晶体中热应力最小;随着坩埚底部倒角半径的增加,固液界面处热应力呈上升的趋势。     

钼屏发射率对泡生法蓝宝石单晶生长影响的数值模拟研究

泡生法蓝宝石单晶生长过程中,由于生长周期长、温度高,热场中钼屏的物理性质和形状都会发生变化,从而引起炉内温场的变化。通过计算机数值模拟,研究了钼屏发射率发生变化时,泡生法蓝宝石单晶生长中温场、流场的变化。模拟结果表明:随钼屏发射率增加,消耗功率也不断增加;在放肩阶段熔体等温线向下移动,流场也从2个涡流逐渐变成1个涡流;而在等径阶段和收尾阶段,这些变化都不明显。