多晶硅作为生产太阳能电池的原材料,重要性不言而喻,近年来其需求量呈大幅增涨趋势。在晶体硅太阳能电池生产的过程中,冶金法具有低成本、低能耗、低污染等优点,但是以目前的工艺技术来看,一些微量杂质元素的去除还需要取得突破,硅中的B、P、Pb、Bi、Ti、Ni等杂质如何去除就是一大难点。本论文以B、P含量为0.0087%和0.0083%的工业硅为原料,分别采用向硅熔体中吹入Ar-O2、Ar-H2O和Ar-O2-H2O气体的方式,研究了精炼温度、精炼时间、气体流量等因素对杂质B、P去除的影响,并获得了不同气体精炼时B、P的表观速率常数和传质系数。实验发现,当吹入Ar-O2精炼时,工业硅中B、P含量分别降低到0.0010%和0.0019%,通过动力学曲线的数据拟合,计算出去除过程中B、P的表观速率常数分别KB=8.17×10-4s-1和KP=9.33×10-4s-1,传质系数分别为βB=1.97×10-4m?s-1和βP=2.25×10-5m?s-1;当吹Ar-H2O精炼时,B和P含量分别降低至0.0018%和0.0012%,B和P的表观速率常数分别为KB=8.72×10-4s-1和KP=8.3×10-4s-1,计算得到B和P的传质系数分别为2.11×10-5m?s-1和2×10-5m?s-1;当吹Ar-O2-H2O精炼时,B和P含量分别降低至0.0006%和0.0007%,B和P的表观速率常数为7.9×10-4s-1和8.7×10-4s-1,计算得到B和P的传质系数为1.9×10-5m?s-1和2.11×10-5m?s-1。由实验结果可得,Ar-H2O气体精炼对于工业硅中P的去除效果比Ar-O2气体精炼更好,Ar-O2气体对于B的去除效果比Ar-H2O气体更好,当Ar-O2-H2O气体对B和P的去除均能到很好的效果。采用真空精炼的方法研究了工业硅中杂质Pb、Bi的去除,由于硅中杂质Pb、Bi含量很低,为探讨工业硅中Pb、Bi的存在状态与去除效率,向工业硅中分别加入1%、2%、3%、5%Pb、Bi进行真空精炼研究,确定出3%加入效果最好,在1550℃和0.08MPa的条件下进行一次真空精炼后,Pb、Bi含量从0.127%和0.189%分别降低至0.059%和0.089%,二次真空精炼后进一步降低至0.009%和0.0096%,Pb和Bi的去除率分别为92%和94%。利用从头算分子动力学模拟的方法,通过建立硅液吹氧过程Si-Ni-O和Si-Ti-O结构、布居、态密度变化以及计算硅中Ti、Ni扩散系数发现,Si超胞掺O对Ti有极强的相互作用,硅中杂质Ti与O2反应能力是强于Ni,Ni在与O2间的相互作用较弱。在1823K的温度下,利用从头算分子动力学模拟的方法获得了Ti在Si-Ti-O体系中的扩散系数Ti=6.40×10-8~2?-1。