多晶硅光伏电池是目前太阳电池的主流产品,但是其内部存在的大量位错和晶界严重影响其电学性能,成为提高电池效率的主要障碍。在多晶硅凝固和退火过程中,晶体温度随空间和时间变化,由于晶体不同部位之间冷却速度的差异引起热应力。在热应力的作用下,晶体内部的应力集中和缺陷部位将产生位错,位错和晶界又为各种杂质提供了沉淀中心,它们相互促进,成为强有力的载流子复合中心,降低了太阳电池的性能。论文总结了多晶硅热应力和位错形成的基本原理及国内外研究现状,然后针对定向凝固法多晶硅,从长晶至冷却过程进行瞬态数值模拟,研究了多晶硅锭不同生长阶段的温场、热应力及位错密度的关系。本文主要工作如下:（1）对定向凝固法的长晶、退火和冷却过程进行数值模拟,研究整个过程中铸锭炉内温场、热应力和位错密度的分布。模拟结果表明:晶体不同生长阶段,在不同的区域和不同的阶段各参数有很大的差异;在长晶及冷却过程中,位错因热应力的存在而发生运动和增殖,晶体内温度梯度是影响晶体位错密度的关键因素。高位错密度区域分布在硅锭顶部、中心部以及周边外缘。硅锭上表面由中心向外缘递减的高位错密度是由于杂质在固液界面前沿富集导致。其中最大位错密度约为2.4×10⁴cm^-2,发生在硅锭中轴顶部;局部最大位错密度约为2.2×10⁴cm^-2,发生在硅锭边缘底角。（2）研究长晶阶段隔热笼提升速率变化对硅锭凝固完成及后期冷却过程热应力及位错密度影响。模拟结果表明:三种不同的提升速率下,提升速率为0.2mm/min时,硅锭右上角位错密度最小,但热应力最大;提升速率为0.4 mm/min时,硅锭右上角位错密度最大,但热应力最小,位错密度相差3.4×10² cm^-2,热应力相差1.6×10⁵ pa,且三者最终的残余应力相差不大。（3）高温退火过程,隔热笼闭合对硅锭中热应力及位错密度的影响,研究硅锭后期的热应力及位错密度的分布及特点。模拟结果表明:研究发现,经过退火处理后的硅锭虽然热应力较未经过退火硅锭的热应力低,但是位错密度却没有下降,反而增加了许多。这是因为一定程度上位错的增殖能使硅锭中的热应力得到释放。因此,对硅锭进行高温退火处理,虽然能有效降低出炉前硅锭的热应力,但同时会增加硅锭内位错密度,这些位错会影响太阳电池光电转换效率。需要在退火的同时考虑位错密度对硅锭造成的影响,在热应力与位错密度之间找到一个平衡。