多晶硅是太阳能光伏电池的重要基础材料之一,多晶硅片的组织结构和电学性能直接决定电池片的性能。N型直拉多晶硅可通过P元素掺杂进行电阻率调控,但在提拉长晶过程中存在P元素在固液界面的分凝和气液界面的蒸发两个过程,使其发生定向富集和挥发,导致P元素分布不均匀。硅棒中P元素的不均匀分布会直接影响硅片电阻率的稳定性,进而影响其电学性能,而目前对N型提拉多晶硅中掺杂元素P的传输和分布及其电性能的研究相对较少。因此,本文围绕N型直拉多晶硅中P元素分布,从界面分凝和蒸发传输两个角度分析了硅中P元素的分布及变化过程,推导出其分凝公式和传质系数。同时,研究了N型直拉多晶硅棒的电阻率和少子寿命特征,得到掺杂元素P含量变化对电性能的影响规律。本文研究结论主要如下:(1)N型直拉多晶硅中掺杂元素P含量随凝固比例的增大而增大,凝固比例为7.7%时P的含量为0.87 ppmw,凝固后期P元素逐渐富集,浓度超过2 ppmw。多晶硅棒横截面上P元素分沿径向稳定分布,波动较小。(2)通过计算,得到P蒸发过程的总传质系数为4.6×10~-77 m/s,且总传质系数随温度升高而增大。综合考虑“分凝+挥发”的实际传输过程,计算得到实验条件下P的有效分凝系数为0.53,在提拉过程中P的挥发损失率约为62.5%。(3)随凝固比例增加,多晶硅棒中心的大尺寸单晶逐渐停止生长,开始形成细小的多晶组织,且截面细小晶粒的占比逐渐增大。随凝固时间延长,晶粒尺寸逐渐变小,到凝固后期晶粒截面尺寸基本维持在1~3 mm。(4)随凝固比例增大,掺杂元素P含量增大,截面电阻率呈逐渐减小的趋势,由凝固初期的0.28Ω·cm减小到后期的0.16Ω·cm以下。截面少子寿命红区面积随凝固比例增大而增加,大量细小晶粒的产生导致少子寿命显著降低,少子寿命均值由凝固比例为7.7%时的5.12 us减小到93.8%时的0.85 us。