綜述了目前冶金級硅氧化精煉制備太陽能級硅的研究進展,詳細介紹了熔渣精煉、吹氣氧化精煉和熱等離子體精煉的方法和裝置以及雜質的去除效果。研究發現:上述氧化精煉方法對硅中雜質元素Al\Ca、Cu、B、P 等具有很好的去除效果;熔渣和吹氣氧化精煉對Fe 不明顯,須借助于定向凝固方法才能徹底的去除;吹氣氧化精煉和等離子體精煉對硅中B 的去除效果十分明顯,可使其降低至0.1ppmw 以下,這為當前冶金法提純制備太陽能級硅在技術和工藝上提供了很好的思路;通過氧化精煉,硅中雜質元素完全可以達到太陽能級硅的要求。本文提出,吹氣氧化精煉(或等離子體精煉) 與定向凝固精煉聯合使用并形成規�；�和連續化精煉裝置是加快我國太陽能級硅產業化進程最切實可行的辦法和措施。

　　用可再生能源替代石油、煤炭、天然氣是解決可持續發展和環境問題的唯一途徑,具有硅半導體光電轉換原理的太陽能電池正受到全球能源界的極大重視,越來越多的科研人員和企業投身于太陽能電池的開發與利用。全球工業硅年消耗量已達到150 萬噸,隨著工業硅消費量的快速增長,對太陽能級硅(SoG-Si)和電子級硅(EG-Si)的需求也日益增加,2005 年,全球太陽能光伏產品為1787MW,2007年為4000MW,預計到2020 年后,每年將達到18GW。

　　目前,太陽能級硅材料沒有形成獨立的供應系統,90%來源于電子級硅的廢料以及單晶硅的頭尾料,遠遠不能滿足太陽能電池產業快速發展的需求, 原料供應已成為制約光伏產業發展的瓶頸 。

　　一般來說,冶金級硅中主要含有Fe 、Al 、Ca 等金屬雜質和B、P、C、O 等非金屬雜質。目前,太陽能電池硅原料的生產主要是改良西門子法,產量約占世界總產量的78 % ,但是該技術一直為美國、日本和德國幾家大公司壟斷,對我國實行技術封鎖 。定向凝固法 和高溫真空蒸發法可有效去除冶金級硅(MG-Si ) 中分凝系數小的雜質元素(Fe 、Al 、Ca等) 和易揮發元素(P),但對分凝系數較大和不易揮發的雜質元素幾乎不起作用,尤其對硅中重要的雜質元素B 無能為力。

　　雜質對太陽能級硅的影響主要體現在:

　　(1) 成為復合中心使硅片的少數載流子壽命下降,影響電池的效率;

　　(2) 改變硅片的電阻率;

　　(3) 促進硅晶體中缺陷的形成,影響電池的轉換效率。

　　太陽能級硅中硼含量過高會使材料的俄歇復合迅速增加、載流子遷移率減小,從而導致少子擴散長度下降,電池效率降低;另外,B 與O、Fe 形成的BOn 型亞穩態缺陷以及B2Fe 深能級化合物是硅電池衰減的主要原因。

　　在氧化性介質中,硅中的雜質元素B 可被氧化為氣態化合物BO、BHO、BH3 、BO2 等或固態氧化物B2O3 ,這些化合物或揮發或進入渣相與硅液分離 。研究表明,氧化精煉是目前去除冶金級硅中雜質元素B 最有效的方法。

　　本文綜述了目前國外冶金級硅熔渣、吹氣以及等離子體氧化精煉的主要工作,重點介紹了氧化精煉過程對硅中雜質元素硼的去除過程及去除效果,并提出了幾條加快我國太陽能級硅產業化進程的建議。

結論

　　本文主要介紹了國外冶金級硅氧化精煉提純制備太陽能級硅的研究進展,重點闡述了硅中雜質元素B 的氧化去除過程及效果,目前國內在這方面的研究工作還很少。熔渣精煉可以去除硅中包括B在內的部分雜質,但雜質在渣- 金間的分配系數最大值(LB = 2) 以及熔渣的大量消耗制約了熔渣精煉的單獨應用。吹氣氧化精煉和等離子體精煉可以達到很好的B 去除效果,同時還可以除去大部分金屬雜質,熱等離子體精煉對裝置的技術要求較高,熔渣精煉與吹氣氧化精煉或等離子體精煉結合使用能起到更好的精煉效果,吹氣氧化精煉與等離子體精煉將在冶金級硅精煉尤其是去除雜質元素B 上得到
重點的發展和應用。面對越來越緊張的能源短缺和枯竭問題以及太陽能電池材料研究領域的國際競爭,要解決我國太陽能電池及其材料主要依賴進口的局面,必須研發出穩定、優良以及規�；�的冶金級硅精煉制備太陽能級硅的工藝,形成精煉過程的基礎理論,從而加快我國太陽能級硅產業化進程。為此,提出以下建議:

　　(1) 借鑒轉爐煉鋼的原理,形成冶金級硅吹氣化精煉和等離子體精煉技術,考察精煉溫度、氧化性氣體成分及組成對硅中Al 、Ca 、B、P 等雜質元素去除效率的影響。

　　(2) 研究熔渣與吹氣或等離子體氧化精煉結合使用的效果,考察熔渣與氣相組成對雜質去除的影響,并開發出相應的精煉裝置;

　　(3) 冶金級硅氧化精煉與定向凝固串聯使用,形成從冶金級硅到太陽能級硅規�；�和連續化生產作業,產品質量完全達到太陽能級硅國際標準。