太阳能是通过将阳光与半导体材料（通常是硅）结合在一起而产生的。但是太阳或光伏，细胞需要如此高质量的硅，以至于制造过程变得复杂且昂贵。作为光伏材料生产商和炉子制造商，Emix转向ComsolMultiphysics®仿真软件，以优化其冷坩埚连续铸造（4C）处理并创建更有效的太阳能世界所需的硅。
太阳能有效地为世界提供动力
当创建太阳能时光伏细胞由半导体材料（例如硅）组成，将阳光（光子）转化为电（电压）。在光伏细胞中，硅的微蛋白层组成了导电的集成电路。
光伏细胞从单个细胞到一组称为A的细胞模块，或一组名为大批。不同数量的太阳能电池可以为从小型电子设备（例如手机）到整个建筑物的任何功能。太阳能电池用于多种应用中，包括运输，电信，空间勘探等。
源自太阳能电池的功率提供了干净可持续的能源。太阳能是可再生资源。太阳能电池的运行不需要任何活动部件或排放，这使它们更加节能。
尽管太阳能是可取的电源，但其制造方式仍然存在一些问题。尽管太阳能电池的运行效率很高，但制造它们本身就具有很大的动力。太阳能电池所需的硅也必须非常纯净。硅的纯度直接影响阳光产生的电量，这是一种称为其的量光伏转换效率。虽然普通的冶金硅纯为99.9％，但用于光伏细胞的硅必须为99.9999％纯净。
多物理模拟改善了太阳能电池的制造过程
为了满足对太阳能电池高度纯硅的需求，一个研究团队emix开发了冷坩埚连续铸造（4C）工艺，该过程将冶金硅变成准备太阳能细胞使用的物质。首先，硅被喂入水冷坩埚中，并将其感应加热至1414°C的熔化温度。然后，硅在坩埚内混合。洛伦兹力阻止硅和坩埚壁之间接触。
混合物在固液界面处均匀，从而增强了高纯度的结晶条件。通过退火过程将熔融物质穿过坩埚的底部，冷却并固化成棒。最后，将高纯度硅锯成锭并出售给太阳能电池制造商，在那里将其切成200微米厚的晶片，以用于光伏电池。
4C过程中使用的坩埚的几何形状。版权所有©Emix。
Emix几乎一直在使用Comsol Multiphysics软件，直到它们制造光伏质量硅。使用流体中的传热接口和层流在传热模块中，研究团队可以调整某些变量，以确保4C过程优化生产率，并且与其生产的太阳能电池一样有效。
EMIX从左到右的研究团队：Julien Givernaud，Elodie Pereira，Nicolas Pourade，Florine Boulle，Alexandre Petit。版权所有©Emix。
通过模拟4C过程，EMIX团队可以测试各种不同的变量，包括：
- 冷却方法
- 拉率
- 坩埚和线圈形状
- 炉子的特性
- 电磁场的影响
- 固液界面的形状
- 弹性应力对结晶行为的影响
使用COMSOL多物理模拟软件对4C过程进行仿真。版权所有©Emix。
事实证明，使用COMSOL多物理模拟软件增强4C过程对EMIX非常有益。他们能够估计其硅制造中的电感和阻抗，改善其电效率的坩埚设计，并测试不同参数以进行连续铸造。这导致了较高的生产率，硅锭的应力较低，节省15％的能源，拉动速率增加了30％。
得益于创新，优化和节能的4C工艺，EMIX能够简化硅生产。通过模拟，他们甚至确定了他们将很快在工业范围内测试的过程。就目前而言，我们可以确定光伏电池和太阳能的未来看起来明亮。
进一步阅读
- 阅读有关EMIX如何使用模拟的更多信息。comsol新闻2015
- 运行类似的模拟：下载我们的连续铸造教程开始
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