硅作为全球半导体工业和光伏产业的基石,一直是太阳能电池的主要原材料。与传统的西门子法制备高纯硅相比,冶金法具有成本低、能耗小、安全环保等优点,因此,为适应太阳能电池产业迅速发展的需求,世界各国都在努力开发新的冶金法制备太阳能级多晶硅工艺。硼作为硅的受主杂质,在太阳能电池基体中的含量不得高于0.3 ppmw。由于硼具有较高的分凝系数和较低的饱和蒸汽压,难以通过传统的定向凝固和真空冶炼去除。本文围绕冶金法制备太阳能级多晶硅除硼的关键技术,开展了以下两方面的工作:首先,从湿法冶金工艺出发,通过熔盐电解精炼金属硅达到有效去除硼杂质的目的,对该方法的可行性和热动力学机理进行了研究；其次,从火法冶金工艺出发,开展了造渣和等离子体熔炼除硼的工艺研究。研究成果有望开发一种低成本、低能耗的太阳能级多晶硅的制备新工艺,为冶金法制备多晶硅技术的产业化提供了理论依据和工艺参考。主要研究结果如下：　　 ⑴采用液态Si-Cu合金阳极在CaCl2熔盐体系中电解精炼金属硅,可有效的解决阳极钝化问题,使电解在较高的电流密度下平稳进行。1173 K时,在80mol％CaCl2-10mol％NaCl-5mol％CaO-5mol％SiO2熔盐体系中,以-0.4V恒压电解40小时,B的含量由36ppmw降至0.27ppmw,电解电流效率与能耗分别为72％和2.13kWh/kg。　　 ⑵基于循环伏安法探究了熔盐电解精炼的热力学条件,并以阳极溶解、阴极沉积和液相传质为研究对象,建立了电解过程的动力学模型。结果表明:阳极溶解过程中,Si-Cu合金对硼等杂质元素有较强的滞留作用；硅离子Si(Ⅳ)在阴极的沉积过程是一步准可逆反应,1123 K时的沉积电位在-0.4 V至-0.5 V左右；作为反应速度控制步骤,液相传质过程中,Si(Ⅳ)在1123 K时的扩散系数为8.12×10-5cm2/s。通过进一步研究电解反应速度的影响因素,以及电解电压与温度对电流效率和能耗的影响规律,初步得出了电解反应的最佳条件,由此提出了一种新的熔盐电解法制备太阳能级多晶硅工艺。　　 ⑶采用自主设计的中频感应熔炼炉,研究了不同工艺条件对CaO-SiO2-10％CaF2渣系除硼效果的影响规律。在1873 K时,B在渣相和硅中的分配系数LB随渣系碱性的增强呈抛物线趋势变化,当w(CaO)/w(SiO2)约为2时,LB达最大值4.61；1773～1973 K,1gLa与1/T成线性关系,LB随反应温度的升高而增大；伴随渣硅比η的增大,LB也相应增大,但当η>3时,渣硅比对LB没有明显的改善作用；通气可显著提高B的去除效果,LB随H2O含量的增加而增大。　　 ⑷研究了造渣除硼反应的选择性氧化原理和动力学过程。热力学计算表明,当渣系中w(CaO)/w(SiO2)从1增加到2时,BO1.5的活度系数从约0.76降至0.011。其中,总的反应速率主要由反应物B和产物BO1.5在硅液和渣相中的扩散传质所控制。　　 ⑸采用自主设计的转移弧等离子体发生装置,建立了电磁感应加热辅助等离子体熔炼除硼的新方法,探索了不同工艺条件对除硼效果和硅损失的影响,得出:采用Ar+H2O作为反应气体比Ar+O2具有更好的除硼效果,并且,随H2O含量的增加,硼的去除率与硅损失率都呈线性增加；采用Ar+1.5％H2O等离子体,随熔炼时间的增加,硼的去除率在30分钟后达最大值,其含量从22ppmw降至约0.2ppmw,硅损失率约为每分钟0.5％；In([B]/[B]0)与熔炼时间呈线性关系,但初始硼含量对除硼效果和硅损失率基本无影响。