高效率、低成本晶硅太阳电池的大规模生产是实现光伏平价上网的前提条件。为了提高铸造单晶硅的单晶率,并降低位错等缺陷,本文首先采用数值模拟方式建立了G6小型定向凝固炉与G7新型大尺寸炉的传热传质数值模型;其次采用以数值模拟为主、实验为辅的方式,对比分析了G6炉与G7炉在生长铸造单晶硅过程中热场的优势和劣势;然后根据前述G7炉中存在问题对底部格栅进行设计,并通过模拟与实验方式验证设计方案的可行性;最后,利用晶界工程理论,针对G7炉中籽晶对位错的影响机理,进行了三组实验研究。具体内容如下:（1）根据国内外有关晶体硅生长的文献以及作者自身的实践,对大尺寸铸造单晶硅的生长工艺及炉体结构、国内外研究现状、以及其中若干重要问题进行了详细介绍和讨论,包括传热传质机理,位错生成机理,固/液界面,少子寿命的影响因素等。为了解太阳能级硅晶体的生长,提供了详细的背景材料。（2）针对G6炉和G7炉进行数值建模,对比分析两种炉型中硅晶体结晶为10%、50%和90%状态下的热场及流场情况。结果表明:G6炉通过隔热笼的提升辐射换热,整体为W型固液界面,长晶前中期易出现侧部翘曲,导致侧部多晶侵入,不利于单晶面积保持,且侧部散热方式不易改善。G7炉型由于尺寸升级及散热通道为底部中心水冷铜盘,长晶前中期固液界面凸度较大,且受到底部格栅及加热器影响,支撑块热量流失不均匀,不仅不利于生长晶向保持,还会产生热应力导致生长过程中位错的生成。（3）针对G7炉热场存在问题,提出三个格栅设计方案——隔层格栅、隔层打孔格栅和金字塔格栅。针对三种方案模拟硅晶体结晶为10%、50%和90%状态下的热场及流场情况。结果表明:与条状格栅相比,三种格栅方案在长晶初期,由于阻隔了与水冷铜盘的辐射换热,提高了支撑块散热均匀性,优化长晶初期固液界面。在长晶中后期,隔层格栅与隔层打孔格栅两种方案虽然热流密度更均匀,但由于热量流失较少引起侧部偏热,使固液界面凸度变大。金字塔格栅方案中心隔层厚度最大,厚度逐步减小,侧部留有足够空间。热量流失更均匀,固液界面更平整。结合实验,金字塔格栅方案更有利于保持固液界面的平整,提高铸造单晶硅单晶面积,减少热应力的产生,生长更高质量铸造单晶硅锭。（4）本文通过设计铸造单晶硅实验,研究了籽晶的不同表面处理、不同晶向籽晶及籽晶功能晶界等三个方面对位错影响。研究表明:在使用表面处理的籽晶生产的铸造单晶硅中,籽晶表面生成的位错会明显降低。籽晶生长方向为<100>晶向时,位错沿着与生长方向呈35.3°角的方向扩散。而籽晶生长方向为<110>晶向时,位错增殖方向与生长方向一致,不易发生横向延伸,但会形成缺陷带,影响电池性能。籽晶间的小角度晶界由于其晶界能不稳定性,无法起到减少位错的作用;籽晶间的大角度重合点阵晶界和随机晶界,可以起到吸收初始位错和阻隔位错增殖的作用,可降低铸造单晶硅中位错密度,提高太阳电池效率。