太阳光伏电池能够将太阳辐射直接转换为电能供人类使用,是一种清洁无污染的发电装置。多晶硅太阳电池因制作工艺简单、成本较低,占据了主要的光伏市场。然而,多晶硅铸锭本身存在着大量的晶界、位错以及氧、碳杂质等缺陷,严重影响太阳电池的转化效率。晶界是最主要的缺陷之一,在材料生长过程中或热处理过程中,会引起杂质的聚集及其它缺陷的产生。而大晶粒多晶硅或者准单晶铸锭大大减少了晶界的数目,其电池转化效率接近单晶硅电池,因此生长大晶粒或准单晶铸锭,已经成为国内外研究的热点。　　 本论文总结了晶体硅形核的基本原理及国内外的研究现状,然后设计了三种热场控制初始形核的方法。初始形核完成后,后续生长控制对晶粒长大也至关重要。论文设计了两种方案控制后续生长,以便小晶粒向上向外生长为大晶粒。最后对设计方案进行理论分析与数值模拟,讨论了其中的热场、固/液界面、热应力、杂质分布及V/G值等,进而为实验提供理论指导。本文的主要工作如下:　　 1.设计了三种控制形核的方案:第一种是喷射冷却,第二种是在坩埚内放置一梯形槽石英板,第三种是在侧加热器下方增加隔热环,并且将热交换块设计成两种模块,内层散热,外层保温;利用计算机数值模拟,对改进后的热场分析发现,通过控制喷射冷却的流量,不但可以达到点冷却的效果,而且可以使温度分布更加对称,因而可以更好的控制初始形核的状态,进而控制晶粒晶向。控制形核及后续生长的最佳氦气喷射流量都在0～40L/min之间。梯形槽石英板也可以改变温场分布,在石英板中心只设置一个梯形槽可以起类似点冷却的效果,但总体效果不佳。第三种方案可以方便的应用于整个过程,效果较好。　　 2.设计了控制后续生长热场的两种方案:方案一与形核方案三相同。方案二提出在方案一的基础上增加喷射冷却,这种方案可以将铸锭炉内热场分为热区与冷区。通过数值模拟分析发现,在后续形核控制中,方案一与方案二的铸锭炉内都存在明显的热区与冷区,且生长界面为凸界面,可以有效提高晶粒尺寸;方案二生长界面形状更为平坦或略凸,更有利于大晶粒或者准单晶铸锭的生长。