Influences of growth front surfaces on the grain boundary development of multi-crystalline silicon during directional solidification: 2D/3D multi-phase-field study

材料科学 晶粒生长 晶界 晶界强化 各向异性 晶体硅 相(物质) 定向凝固 纳米晶硅 凝聚态物理 沟槽(工程) 结晶学 复合材料 粒度 化学物理 冶金 光学 微观结构 非晶硅 有机化学 化学 物理
作者
Chuanqi Zhu,Y. Seguchi,Masayuki OKUGAWA,Chunwen Guo,Yuichiro Koizumi
出处
期刊:Materialia [Elsevier BV]
卷期号:27: 101702-101702 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.mtla.2023.101702
摘要

In order to control the grain structure of multi-crystalline silicon during directional solidification, the development process of grain boundaries (GBs) should be more fully understood. A phase-field model incorporated with anisotropic surface energy and anisotropic attachment kinetic coefficient has produced the silicon crystal shape, which agrees well with the experimental observation. In the growth simulation of coupled silicon grains, the morphology of the growth front surfaces and the development of the GBs are found to be influenced by the growth mode of the groove surfaces, which swings between the kinetic mode and energetic mode, depending on both the orientation relationship and cooling condition. The simulation of the growth of three grains in 3D provides a more complete view of the grain structure with grain-grain-liquid and grain-grain-grain triple lines, which are absent in the two-dimensional observations. The phase-field model developed in this work can be used for predicting GB development and the formation of the grain structure of multi-crystalline silicon, which can potentially contribute to the production of high-efficiency and low-cost solar cells.
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