当今全球面临严峻的能源形势、生态环境的恶化等社会问题。改变现有的能源结构、发展可持续的绿色能源已成为世界各国高度关注的课题。在有限的资源和严格的环保要求下,能源形式严重制约了世界各国经济发展。为满足当今世界能源的需求和环境要求,必需发展可持续绿色清洁能源来满足当前世界经济发展。在众多绿色清洁能源中,太阳能光伏发电具有取之不尽、用之不竭、可以随地取用、对环境无污染等特点,在未来的能源消费中是不可或缺的主要能源。本论文是针对光伏电池所需的硅单晶生产的设备及工艺技术进行研究设计。在深入分析硅单晶生长技术原理的基础上,对硅单晶炉所使用的热场和自动收尾控制程序及先关工艺进行研究设计。主要内容为:1、对硅单晶生长炉在长晶过程中传热方式进行掌握。通过对FEMAG-Cz模拟仿真软件及有限元分析的学习,并分析在硅单晶生长系统中熔液流动与热传导的控制,确定熔液速度场tzyxv),,,(与温度场tzyxT),,,(,对硅熔体中熔液流动以及热传导的控制方程进行推导。2、对S-150型硅单晶炉的热场进行分析,建立稳态热场的数值模拟,在现有热场的基础上使用热场模拟软件建立三维模拟图形,重新设计改造24寸热场。并对硅单晶炉在长晶过程中各部分由于热损失造成的耗电功率进行计算分析。对新设计的热场进行长晶试验,通过实验,新设计的热场在生长8寸硅单晶时,生长的速度达到1.2mm/min以上,节能30%以上。3、对S-150型硅单晶炉的可编程逻辑控制器PLC和人机界面控制软件进行分析,设计开发自动收尾控制程序。在晶体等径和收尾过程中,直径控制系统存在加热温度和提拉速度两个输入量,两个输出量为晶体直径和生长速度,输入输出之间存在相互藕合关系。本设计采用前馈补偿解偶和对角矩阵解耦的方法,成功地解决了硅单晶收尾控制中出现的双入、双出耦合系统的解偶问题。4、为解决硅晶体在生长过程中硅熔液的余量判断问题,根据晶体在生长过程中单位时间t内晶体质量的增加量与石英坩埚内硅熔液减少量之间的关系,建立质量守恒关系式。根据该质量守恒关系,使用Excel宏系统设计自动计算工艺软件,已解决生产过程中难以判断熔液和所生长晶体的质量的问题。