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近几年来，国内外太阳能光伏发电产业得到迅猛发展。面对当前世界性传统能源枯竭和石油价格持续攀升的形势，太阳能作为可再生的洁净能源的独特优势受到了世界各国的高度重视。从太阳能电池的种类来看，多晶硅太阳能电池又占主导地位，且在今后相当长的时间里不会改变。由于多晶硅材料的成本约占太阳能电池总成本的50％，所以多晶硅的高价格就成为了阻碍光伏产业发展的重要因素。本论文即本着以低成本生产多晶硅为原则，研究用物理冶金法对工业级多晶硅材料（2N，即99％）进行提纯。我们分别从湿法和火法两方面展开研究，比较了不同方法的优缺点，探索了一条可行的生产工艺路线。
在湿法提纯多晶硅的研究中，本论文根据建立的分子模型，探讨了湿法浸出的原理与规律。研究发现，在不同浓度的浸出条件下，对多晶硅纯度的影响因素也不相同。在低浓度浸出时，多晶硅纯度主要受粒径与浸出剂浓度的影响，在高浓度浸出时，多晶硅纯度则主要受搅拌速度的影响。
从氢终止机理出发，我们还对影响多晶硅浸出过程中的回收率进行研究。发现浸出中出现硅粉上浮，原因是由于硅粉与氢氟酸反应时产生的气体吸附在其表面以及受到由氢终止所产生的憎水基团的影响。回收率随着硅粉粒度的减小和氢氟酸浓度的增加而下降。为有效地提高回收率，我们配制了一种溶液，其成分配比为氨水：双氧水=1:3。
利用湿法去除多晶硅中杂质硼的研究中，我们通过采用HyperChem软件中的AM1方法优化了除硼络合剂及其络合产物的分子结构，计算了分子中配位原子的净电荷与配位键键能等参数，讨论了络合产物的分子结构与络合性能的关系。结合实验数据，论文中对几种络合剂对硼酸的络合效果的差异给予了理论说明，结果发现甘油、苯羟乙酸和二羟基萘可作为有效的除硼络合剂。
另外，本论文在微波辅助湿法冶金方面也做了一些研究。我们发现利用微波的特性有利于加快化学反应速率和杂质向溶液扩散的速率，虽然提纯效果与常温下差别不大，但却大大缩短了提纯时间，提高了时间利用率。
在火法提纯多晶硅的研究中，根据杂质元素在一定温度下有一定的扩散速度、产生偏析的特点，结合与氯的反应机理，我们提出了氯化焙烧与氯化浸出相结合的工艺。该工艺对多种金属杂质和硼杂质有较明显的去除效果，可作为提纯多晶硅的前处理工艺。
最后，本论文还对造渣精炼的研究进行了阐述。我们通过加入不同比例的SiO2-CaO-Na2O作为造渣剂，液态硅中的杂质元素被氧化，其产物进入渣相，使得样品杂质含量大大降低。
本论文研究的的湿法和火法提纯多晶硅工艺方法，可将2N（99％）的冶金硅提纯至4N（99.99％），本研究中的样品是采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry，ICP-AES）对纯度进行检测。这一工艺可作为提纯前处理，为之后的真空熔炼和定向凝固的进一步将多晶硅提纯至太阳能级（6N.99.9999％）奠定一定的基础，可减少定向凝固的使用次数，在有效提高多晶硅纯度的同时，大大降低了多晶硅提纯的成本。