多晶硅太阳能电池目前仍是市场占有率最高的太阳能电池,太阳能电池发电为降低发电的成本,必须提升多晶硅晶锭的品质并降低生产成本,这也正是科研人员追求的目标。冶金法制备的太阳能级多晶硅具有生产成本低、污染小及周期短的特点,被认为是最能有效的降低多晶硅生产成本的技术之一。但冶金法制备晶锭电池转换效率,杂质含量仍不尽如人意,通过研究铸造多晶硅定向凝固过程的热流场分布情况,改进实验设备,间接改变固液界面形状、热流场形态及杂质分布,达到提高晶锭品质降低生产成本的目的。本论文先对铸造多晶硅定向生长的多物理场系统进行描述,从理论上分析多晶硅生长过程中的定向凝固特性,从晶锭内部晶体的组织特征、生长条件到凝固界面形态,再到工艺参数的影响,得出生长系统的控制方程和边界条件,再采用多物理场耦合有限元分析软件COMSOL Multiphysics模拟定向凝固系统内的热流场,模拟结果结合数学理论工具,显示出硅熔体内流场主要由浮力所造成,随着生长过程的进行流场形态会发生变化。为探索磁场作用下多晶硅定向生长的热流场分布情况,在铸锭炉内增加一套磁场装置,由赫姆霍兹线圈产生均匀的轴向磁场,模拟硅熔体在轴向磁场作用下的晶体生长,模拟结果显示磁场作用下,多晶硅生长过程中温度场更加平整,流场受到洛伦兹力作用流动受到抑制,特别是径向流动受到抑制。同时设计改进了硅熔体自由表面上方的氩气导流装置,模拟导流板的位置参数改变时,硅熔体内氧杂质的浓度场分布情况,通过模拟数据对比,获得最优的导流板设计参数：导流板出口与硅熔体自由表面的距离h为5mm,导流板出口与坩埚侧壁距离d为2.5mm,导流板与氩气导管间的夹角θ=95°,在不增加氩气流量的情况下,使硅熔体内氧杂质含量最低,实现控氧与改善晶锭品质的效能。