人工晶体学报

作者：祁超, 李登辇, 李早阳, 杨垚, 钟泽琪, 刘立军

单位：西安交通大学能源与动力工程学院，西安 710049

关键词：热屏,能耗,传热路径,直拉单晶硅,数值模拟,

基金：国家重点研发计划课题(2023YFB4204601);内蒙古自治区科技创新重大示范工程“揭榜挂帅”项目(2023JBGS0017);内蒙古自治区科技创新重大示范工程“揭榜挂帅”项目(2024JBGS0004);宜宾市“揭榜挂帅”科技项目(2023JB005)

单晶硅是太阳能电池的主要原材料，其生长成本直接影响电池的制造成本。因此，降低单晶硅生长能耗对光伏产业的降本增效至关重要。本文建立了直拉单晶硅生长的全局3D数值模型，考虑了单晶炉中加热器、电极等非旋转对称结构，能够更精确地模拟单晶炉内的流动和传热过程。基于所建立的数值模型，研究了热屏冷、热侧发射率对单晶炉内能耗分配及辐射、对流和导热传热路径的影响规律。结果表明，冷、热侧发射率的降低均可取得明显的降耗效果，且降低冷侧发射率能够更加显著地降低能耗。在辐射传热方面，随着热屏冷、热侧发射率的降低，石墨坩埚和热屏热侧的吸热，以及硅熔体和热屏冷侧的放热均不断减小；随着热侧发射率的降低，顶保温的吸热出现了一定的增加。在对流传热方面，随着热屏冷侧发射率的降低，水冷屏吸热及热屏冷侧放热均不断增大，与冷侧相比，热侧发射率对对流传热的影响则相对较小。在导热传热方面，随着热屏冷热侧发射率的降低，热屏热侧到冷侧、石墨坩埚到石英坩埚，以及石英坩埚到硅熔体的导热均不断减小。本文研究结果可以为工业直拉单晶炉的精细化、深度化降耗提供重要的参考。

来源：2025年第6期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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