在当前光伏市场主流产品的多晶硅中,存在大量的晶界和孪晶界。终止于晶体内部的孪晶界会诱发位错的形成,降低多晶硅太阳能电池的光电转换效率。然而在硅定向凝固过程中,晶界和孪晶界的形成是否会相互影响,以及怎样的影响尚不十分清楚。为了进一步提高多晶硅的质量,本文通过分子动力学方法,采用Tersoff势函数描述硅原子间的相互作用力,模拟单晶、含随机晶界和含重合点阵晶界的双晶硅在不同温度下的凝固生长过程,考察晶界对硅凝固生长过程中孪晶形成的影响,结果发现:(1)硅晶体在凝固生长过程中会形成高密度的平行孪晶,贯穿晶粒或与其他缺陷相交,常以层错的形式出现。层错在形成过程中会出现两种结构组态:一种为位错环包裹层错的组态,另一种为两根平行位错夹着层错的组态。第一种组态的层错面在尺寸上存在一个临界值,当层错面小于该临界值时,层错在生长过程中将逐渐消失。我们对该临界值以圆的方式进行了估算,内禀层错圆的临界半径约为6.46nm;外禀层错圆的临界半径约为3.20nm。第二种组态中的层错存在一个平衡宽度,其值约为4.25nm。(2)对比单晶硅及含有随机晶界的双晶硅中孪晶含量,发现随机晶界促进了硅晶体中孪晶的形成。在三种含随机晶界的硅双晶中,[112]-[100]双晶中形成孪晶含量最多,[112]-[100]双晶和[110]-[100]双晶中形成孪晶含量较少。随机晶界在双晶生长过程中,会在固液界面形成晶界沟槽,为一种由{111}小面和粗糙面构成的锯齿状结构。双晶硅中除了包含单晶硅中形成的孪晶外,还具有由晶界沟槽上的{111}小面诱发形成的孪晶。(3)重合点阵晶界对孪晶形成的影响与随机晶界类似,但不同种类的重合点阵晶界对孪晶形成概率的影响程度不同。在沿[110]方向生长的含∑3{112}晶界、∑9{221}晶界、∑27{115}晶界的双晶中,孪晶形成概率由小到大的顺序为:∑9{221}晶界<∑3{112}晶界<∑27{115}晶界。其原因与晶界面和{111}面、生长面的几何结构关系有关。以晶界面和生长平面的交线为基准线,对于同一生长方向的晶粒,该交线与{111}面的夹角越小,孪晶越容易形成。(4)温度会影响硅晶体生长过程中晶界诱发孪晶的能力。温度越高,晶界诱发孪晶的概率越小。原因是在高温下,硅晶体生长面处的晶界沟槽将由锯齿状小面结构演变成粗糙结构,孪晶因缺少{111}小面而难以形核。