N型太阳能电池是未来光伏行业发展的重要方向,其基体材料分为n型直拉单晶硅和n型铸造多晶硅。n型铸造多晶硅因具有高的光电转化效率以及低光致衰减等优点,已成为多晶硅行业转型升级的方向,然而其中掺杂元素磷在硅中物理化学性质不稳定,定向凝固过程中磷元素在液固界面处的分凝和气液界面处的挥发,使其在铸锭中分布极不均匀,最终导致了n型多晶硅铸锭电学性能的不稳定,而目前针对铸造多晶硅中磷元素均匀掺杂的研究较少。因此,本文围绕n型铸造多晶硅中磷元素分布不均匀的问题,提出了挥发、分凝、流场等多种因素耦合调控的方法。在垂直维度上,研究了磷的挥发传质过程和影响因素,修正了挥发对Scheil方程的影响,建立了磷垂直分布的控制模型。在水平维度上,通过数值模拟和物理计算,建立了液固界面形貌和熔体流动对磷水平分布影响的控制模型,最终实现了磷的横向均匀分布。本文主要研究结论如下:(1)在垂直维度上,磷的分布受到挥发和分凝的共同作用。熔炼过程中,磷的传质速率主要受到液相边界层传质和熔体表面挥发传质的影响,磷挥发传质的影响因素是熔体流动速度,温度以及熔体表面积。研究发现熔炼结束后铸锭a和铸锭b中磷的挥发量分别为33.1%和9.8%。凝固过程中,建立了对Scheil方程的修正方程,使其可以更加精确的描述磷在垂直维度的分布,同时基于最小二乘法计算出了铸锭a和铸锭b中磷的有效分凝系数,分别为0.31和0.33。(2)在水平维度上,结合数值模拟计算出了任意时刻磷的瞬时有效分凝系数,基于计算结果,建立了磷的水平分布控制模型。研究表明磷的水平分布主要受到液固界面形貌和熔体流动速度的控制。在凝固前中期,磷的水平分布受到液固界面形貌和熔体流动速度的共同作用,凹型的液固界面形貌更加有利于磷的水平均匀分布,通过对温度场和固液界面形貌的控制,可以使得磷的水平波动率降低至5.7%。凝固后期,磷的水平分布只受到液固界面形貌的控制。