在光伏产业中,太阳能级多晶硅的质量对光伏系统的光电转化效率产生很重要的影响。而影响多晶硅质量的因素除了材料本身的品质之外,其生产加工工艺对太阳能级多晶硅的质量也有很重要的作用。其中多晶硅铸锭过程中长晶速率的检测与控制问题是工艺制定中很重要的环节。目前,关于铸锭长晶速率对多晶硅中杂质的分布以及铸锭质量影响的研究较多,但是对铸锭工艺对长晶速率的影响的研究较少。因此,本论文针对太阳能级多晶硅定向凝固工艺的铸锭过程开展工作。从定向凝固的长晶过程出发,对多晶硅铸锭生产进行检测得到长晶速率变化曲线;从多晶硅铸锭内热流量平衡进行分析,利用模拟仿真工具得到铸锭工艺参数对铸锭炉热场的影响规律,并提出对铸锭定向凝固长晶速率检测的新方法,本论文得到的主要结论如下:(1)本论文基于定向凝固热场中的热平衡关系,得到了硅锭凝固过程中的温度梯度变化规律。结果表明,在物理意义上,凝固过程中液相中温度梯度与固相中温度梯度的比值为η=-ks/kl+ρLv/Tm-T2x,此比值不是简单线性关系,随定向凝固的进行,液固相温度梯度比值增加,且其增加速率减缓。(2)基于定向凝固热场的热平衡关系和液固相温度梯度比值的规律,推导得到定向凝固长晶速率的计算公式,获得了凝固速率的理论计算值vcal=1/ρLlatent[(Tlcal-Tm)kl/x-L-(T2-Tm)ks/s]。通过对比多晶硅定向凝固长晶速率的计算值和实验测量值,两者达到较高程度的吻合,可以为铸锭过程中长晶速率的评估和调控提供一定程度的支撑。(3)通过多晶硅铸锭炉几何模型以及部件物性参数的修正,得到可用于生产实践的多晶硅铸锭炉模拟计算模型。使用该实体模型进行数值计算,得到铸锭炉内热场的分布情况,并且与实际的多晶硅铸锭炉热场达到较高程度的拟合,可以为生产工艺的优化提供有力的支撑。(4)本论文建立了多晶硅铸锭生产工艺参数、多晶硅铸锭内部热场、多晶硅铸锭过程长晶速率三者之间的关系。通过数值模拟计算特定的工艺参数得到多晶硅铸锭内部的热场分布状况;通过多晶硅铸锭内热流量平衡关系,由铸锭内部的温度分布计算硅锭凝固速率。