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传统能源的逐渐消耗和环境的污染问题,让人们意识到新能源开发与利用的重要性。光伏能源具有清洁环保、安全便捷、资源充足等优点,被认为是21世纪最重要的新能源。在世界各国的政策扶持下,光伏产业得到了迅速发展,然而作为光伏产业基石的太阳能级硅材料出现供不应求的局面,成为光伏产业发展的瓶颈。与传统的改良西门子法和硅烷法等化学方法相比,冶金法制备太阳能级多晶硅具有成本低、能耗小等优点,它是一种有效降低生产成本、专门定位于太阳能级多晶硅的生产方法,可以满足光伏产业的迅速发展。本文制定了冶金法提纯工业硅的工艺路线,并利用自行设计的酸洗设备、真空感应熔炼与定向凝固炉和电子束熔炼与定向凝固炉对工业硅进行了中试规模的提纯研究。首先确定了单种酸洗条件下的酸洗参数,并提出超声波作用下的酸洗工艺,酸洗后金属杂质的总去除率可达88.9%。采用热交换和Bridgman相结合的定向凝固方法制备了柱状晶组织粗大的多晶硅铸锭,分析并计算了铸锭中金属杂质的含量分布;降低拉锭速度和水冷底座的冷却强度有助于定向凝固去除金属杂质。电子束熔炼对工业硅中P、Al、Ca、Mn、Zn等高蒸气压杂质的去除有显著的效果,研究了熔池中杂质的分布和去除规律。通过上述工艺路线提纯后,多晶硅铸锭中局部位置Al杂质的含量可由2710ppmw降低到0.4ppmw,Fe杂质的含量可由2340ppmw降低到＜0.1ppmw,Ca杂质的含量可由576ppmw降低到＜0.1ppmw,Ti杂质的含量可由198ppmw降低到＜0.1ppmw,Mn杂质的含量可由125ppmw降低到＜0.1ppmw,Cu杂质的含量可由27ppmw降低到＜0.1ppmw,Zn杂质的含量可由0.6ppmw降低到＜0.1ppmw,P杂质的含量可由26ppmw降低到1.5ppmw,基本满足太阳能级硅材料的要求。