大尺寸直拉单晶硅的“增效降本”是当前光伏企业急需解决的问题。本文采用有限元体积法对φ300 mm直拉单晶硅生长过程分别进行稳态和非稳态全局模拟, 研究提高拉晶速率对直拉单晶硅生长过程中的固液界面、点缺陷分布以及生长能耗的影响。结果表明: 拉晶速率提高为1.6 mm/min时固液界面的偏移量为33 mm, 不会影响晶体的稳定生长; 拉晶速率对晶体中点缺陷的分布起决定性作用, 提高拉晶速率不仅能降低自间隙点缺陷的浓度, 而且使晶棒内V/G始终高于临界值; 且拉晶速率对功率消耗影响较大, 提高拉晶速率后晶体生长时间减少了46.4%, 单根晶体生长消耗功率降低了约4.97%。优化和控制适宜的拉晶速率有利于低成本地生长特定点缺陷分布甚至无点缺陷单晶硅, 为提高大尺寸直拉单晶硅质量、降低生产能耗提供一定的理论支持。

定向凝固法制备的多晶硅是目前主要的光伏原材料，制备过程中热场结构和硅熔体对流形态对于生长高质量的多晶硅极为重要，本文利用专业晶体生长软件CGSim 对制备太阳能级多晶硅用真空感应铸锭炉中的石墨坩埚进行改进并进行了数值模拟，分析了不同石墨坩埚厚度的变化对热场、流场、固液界面、硅晶体应力场以及和V/G值的影响。结果表明，当石墨坩埚厚度为20 mm，可获得良好的对流形态、平坦的固液界面、合理的V/G值等，有利于节约多晶硅的生产成本并提高多晶硅的品质，为生产实践中工艺方案优化及缺陷分析等提供重要的理论依据。