多晶硅太阳能电池转换效率的高低与少数载流子寿命的长短密切相关,多晶硅连铸坯中位错密度低、晶界数量少、晶界垂直于生长界面都会增加少数载流子寿命。而传统多晶硅连铸坯的位错密度、晶界数量等都不理想,且传统多晶硅铸造技术具有生产成本高、效率低等局限性。多晶硅连铸坯的应力小、凝固界面形状平直、柱状晶晶粒、晶粒尺寸大有利于降低位错密度、使晶界垂直于生长界面、减少晶界数量,且连续铸造技术具有可以提高材料的利用率、实现连续操作的优点。而多晶硅连铸坯的应力、凝固界面形状、晶粒形状、晶粒尺寸与凝固过程的温度场、应力场、凝固组织息息相关。因此,开展对多晶硅连铸过程的温度场、应力场与凝固组织演变的系统研究,对提高太阳能电池的转换效率具有重要意义。多晶硅连铸设备的核心部分是结晶器,文中参考其他材料连铸结晶器形状的特征,结合多晶硅凝固膨胀的特点,基于结晶器锥度的设计原理,制造了一套多晶硅连铸设备。基于连铸实验的实测温度数据,采用导热反问题计算与数值模拟相结合的方法,获得了多晶硅连铸过程的边界条件。基于ProCAST有限元软件与多晶硅连铸过程的边界条件,建立了圆坯连铸过程温度场的数学模型,采用连铸实验的实测温度数据对模型进行了验证。在此基础上,本论文将圆坯连铸过程温度场的数学模型所使用的热物性参数、初始条件、边界条件应用于方坯连铸过程温度场的数学模型,研究了浇注温度、二冷区冷却强度、连铸速度对圆坯、方坯连铸过程温度场的影响。研究结果表明:随着浇注温度的升高,连铸坯的温度略有升高,未完全凝固的熔体区域略有增加,凝固界面形状为平直的趋势降低。随着二冷区冷却强度的增加,连铸坯的温度显著降低,未完全凝固的熔体区域显著减少,凝固界面形状为平直的趋势增加。随着连铸速度的增加,连铸坯的温度显著升高,未完全凝固的熔体区域显著增加,凝固界面形状为平直的趋势降低。选取温度场的数值模拟结果作为热载荷,建立了多晶硅圆坯、方坯连铸过程应力场的数学模型,并通过实验和理论计算的方法分别对圆坯和方坯连铸过程应力场的数学模型进行了验证。在此基础上,研究了浇注温度、二冷区冷却强度、连铸速度对多晶硅圆坯、方坯连铸过程应力场的影响。研究结果表明:随着浇注温度的升高,连铸坯的应力略有减少,位于连铸坯中心线上且结晶器出口之上70mm处的参考点,当浇注温度从1500℃升高至1800℃时,圆坯该点处最大应力从47.2MPa减少至44.8MPa,方坯该点处最大应力从35.6MPa减少至34.0MPa。随着二冷区冷却强度的增加,连铸坯的应力显著增加,当二冷区冷却强度从Q/2增加至10Q时,圆坯该点处最大应力从36.5MPa增加至93.8MPa,方坯该点处最大应力从31.1MPa增加至62.0MPa。随着连铸速度的增加,连铸坯的应力显著减少,当连铸速度从0.5mm/s增加至1.5mm/s时,圆坯该点处最大应力从85.8MPa减少至28.3MPa,方坯该点处最大应力从53.3MPa减少至27.6MPa。基于多晶硅连铸设备、实验所得的连铸坯、实测温度数据、计算得到的连铸过程边界条件、连铸过程温度场的宏观传热模型,采用元胞自动机与传热相结合的计算方法,建立了多晶硅圆坯连铸过程凝固组织的数学模型,利用实验所得的连铸坯纵截面上的凝固组织和横截面上的晶粒尺寸对模型进行了验证。在此基础上,研究了浇注温度、底模冷却强度、连铸速度、型壁表面最大形核密度、型壁表面最大形核过冷度对多晶硅圆坯连铸过程凝固组织的影响。研究结果表明:浇注温度、底模冷却强度、连铸速度主要影响垂直于连铸坯底部生长的柱状晶区面积。随着浇注温度的升高,垂直于连铸坯底部生长的柱状晶区面积略有减少。当连铸速度为0.1mm/s-1.5mm/s时,随着连铸速度的增加,垂直于连铸坯底部生长的柱状晶区面积显著减少,当连铸速度为1.5mm/s-2.5mm/s时,随着连铸速度的增加,垂直于连铸坯底部生长的柱状晶区面积几乎保持不变。随着底模冷却强度的增加,垂直于连铸坯底部生长的柱状晶区面积显著增加。型壁表面最大形核密度、型壁表面最大形核过冷度对连铸坯的晶粒尺寸影响显著。随着型壁表面最大形核密度的增加,连铸坯的晶粒尺寸减少。随着型壁表面最大形核过冷度的增加,连铸坯底模冷却表面及其附近的晶粒尺寸减少,而远离底模冷却表面的晶粒尺寸增加。在多晶硅连铸坯的研制与生产过程中,合理配置工艺参数是高效、低成本制备高质量连铸坯的关键。本论文基于自行设计的多晶硅连铸设备,采用连铸实验与多尺度数值模拟技术探究了工艺参数对多晶硅连铸过程温度场、应力场、凝固组织的影响规律,为制备高性能、低成本的多晶硅连铸坯提供了重要的理论与技术基础。