光伏发电是目前应用范围最广的清洁、可再生能源利用形式之一。光伏市场的发展离不开低成本高质量晶体硅材料的不断进步。晶体硅材料始终占领90%以上的市场份额。铸造类单晶硅是一种通过定向凝固的方法生长得到的单晶硅材料。在如今直拉单晶硅和铸造多晶硅分庭抗礼的时代,铸造类单晶硅的发展大有突破现状,引领行业潮流的趋势。因此,深入研究铸造类单晶硅,解决其产业化过程中遇到的问题对光伏技术的发展和进步有着举足轻重的意义。本文围绕铸造单晶硅及其太阳电池,对铸造单晶硅的生长参数进行了调控,并分别在铸造单晶硅中设计了新型晶向以及晶界工程以解决铸造单晶硅中的位错问题。本文主要内容如下:(1)对实验用铸造多晶炉生长铸造类单晶硅的参数进行了调控,解决了铸锭顶部由于晶体生长后期保温罩提升速率过快,凝固应力较大而导致的裂纹问题。同时,通过降低温度、减少熔融时间、提高初始保温罩高度的三个工艺参数调控,实现了铸造晶体硅的半熔生长。这些研究结果为后续籽晶辅助铸造类单晶硅的生长提供的有力的工艺保障。(2)通过使用<110>晶向的籽晶进行半熔生长,可以得到高质量的<110>晶向的铸造类单晶硅材料。这是由于<110>晶向为位错的滑移方向,使得拼接缝处由于取向差而产生的位错不会扩展至整个铸锭,使得铸锭质量得到了有效的保障。但研究表明,线形的高位错密度区域会导致严重的反向漏电流,使得相应太阳电池电池效率有所下降。因此需要进一步调整切割工艺来避免晶界出高密度位错区的影响,提高太阳电池的效率。(3)研究了晶界工程对<100>晶向的铸造类单晶硅材料中位错产生行为的影响。通过将<100>晶向直拉单晶硅棒切割成4个{510}侧面的籽晶,并绕着[510]轴旋转180°翻转拼接,可以在籽晶之间设置∑13a关系,从而有效避免籽晶拼接缝处由于微小的取向差而成为位错和亚晶界的源头,降低铸造单晶硅中的位错密度,使铸锭的质量和太阳电池的效率得到提高。而且,研究发现,∑13a晶界会在生长过程中产生孪晶,导致晶粒取向不一,影响后续的硅片制绒。