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多晶硅定向凝固过程中，晶体生长的成核方式为非均匀成核，即新相在亚稳相中某 一小区域内产生，而后通过相界的位移使新相逐渐长大。最初形成的晶核多发生 在坩埚壁上或外来杂质上，这种非均匀成核要求的过冷度较小。若生长过程中再 同时出现附加的非均匀成核，则会造成孪晶。因而要尽可能改善熔体与坩埚润湿 程度，这对在晶体生长中避免孪晶极为重要。 晶体生长的初始阶段，因为晶粒很小，易于趋向平衡状态，随着生长的继 续，晶体开始长大，这时由于大晶粒的各晶面的饱和度不同，还有结构基元的运 送距离不同，使得大晶粒的生长为非平衡生长，根据布拉维法则和PBC理论，在 具有大的原子面密度和含有多的强结合键的面中，原子生长只需要较小的驱动力， 所以容易生长，而那些面密度小或者含有较少的强结合键的面则生长缓慢。那些 生长速度慢的晶面将成为强的显露面而逐渐淘汰那些具有最慢的生长速度的晶 面，而这些面就是织构面。在定向的单一温度场的控制下基元的生长只能沿温度 梯度这一个方向发生，因而结构基元的堆叠一定是链状的，各结构的定向凝固的 形成机理与生长基元的选取有非常重要的作用。结构基元必须是代表点阵对称性 的多面体，这样才能完整地描述晶体的生长过程。\n\n\r\n
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太阳能及多晶硅的要求
与单晶硅相比,多晶硅存在诸如晶界和大量的位错等组织缺陷。如果晶界和硅晶片表面垂直,晶界对太阳能电池转换效率的影响要小于位错。因此,通过定向凝固过程获得沿生长方向整齐排列的粗大的柱状晶组织,然后在后续的切片过程中保证晶界和电池表面垂直,就可以减少晶界对电池转换效率的影响,粗大的柱状晶尺寸减少了晶界数量也有利于提高转换效率
但与单晶硅相比，多晶硅中存在高密度多类型的结晶学缺陷和高浓度的金属杂质(Cu Fe Ni Al 等，定向凝固过程中，由于分凝效应的影响，杂质元素会逐步富集到铸锭顶部。定向凝固可以使工业硅中的金属杂质含量降低两个数量级以上。
金属杂质可以以间隙态或替位态形式的单原子存在。对于硅中金属杂质而言，大部分金属原子处于间隙位置
同一晶粒内部的原子排列呈现周期性和有序性，然而晶粒间结构复杂，硅原子的
无序排列可能会引发深能级缺陷的杂质。一方面，界面作为复合中心俘获电子和空穴。晶界势垒阻碍载流子的传输，增大了串联电阻;晶界的复合损失减低了收集
率，增加了暗电流;对填充因子不利，对开路电压和短路电流也不利。还有，晶
粒晶界内存在相对较多的杂质，形成漏电电流降低电池的并联电阻，大大降低电
池转换效率。同一多晶硅硅片的晶粒越小晶界越多，增大晶粒尺寸可以减少晶
界的量，提高多晶硅的性能。
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