譚 毅，郭校亮，石 爽，董 偉，姜大川，李佳艷

（1大連理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116024；2大連理工大學(xué) 遼寧省太陽能光伏系統(tǒng)重點實驗室，遼寧 大連 116024）

太陽能作為可再生能源，儲量巨大、清潔無污染、來源穩(wěn)定且不受地域限制，是解決未來能源緊缺的理想選擇，已成為世界各國廣泛研究和推廣使用的重要能源。太陽能的應(yīng)用主要分為光電和光熱利用兩種，光電利用是基于光生伏特效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能使用；光熱利用是基于太陽能的熱效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，兩種利用形式針對點不同，宏觀而言，分別提供了人類社會的生產(chǎn)和生活能量。

太陽能光電利用的主要載體是太陽能電池，太陽能電池的種類很多，有晶體硅電池、薄膜電池、聚合物電池等，其中晶體硅電池由于轉(zhuǎn)化效率高、工藝穩(wěn)定而被廣泛應(yīng)用，我國“十一五”末期，晶硅電池占太陽能電池總產(chǎn)量的95%以上。

但與太陽能快速發(fā)展失配的是，傳統(tǒng)制備太陽能級硅材料的方法改良西門子法的發(fā)展受到阻礙，該方法存在尾氣處理問題，環(huán)境風(fēng)險性增大，還存在投資成本高及核心技術(shù)在國外等制約因素，而且國家已經(jīng)設(shè)立了較高的準(zhǔn)入門檻。在這種背景下，具有環(huán)保、低成本特點的冶金法高純多晶硅制造技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。

1 冶金法的發(fā)展過程

冶金法提純多晶硅是指采用物理冶金的手段，在硅不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的情況下，依次去除硅中各種雜質(zhì)的方法，它不是單一的制備方法，而是一種集成法。冶金法的淵源最早可以追溯到1931年，Scheuer E.提出了金屬在凝固過程中的分凝效應(yīng)，為凝固提純提供了理論及實驗依據(jù)［1］。在其后近50年時間內(nèi)，冶金法提純多晶硅一直為人們所重視，不斷有學(xué)者通過理論和實驗得到了各種雜質(zhì)在硅中的分凝系數(shù)及擴散系數(shù)［2－5］，并最終在1986年前后總結(jié)出了硅中雜質(zhì)元素的基本性質(zhì)，由Hopkins和Rohatgi發(fā)表在當(dāng)年的J.Cryst.Growth中，并從理論上計算出冶金法提純多晶硅的極限是7N（99.99999%）［6］。由于當(dāng)時多晶硅主要作為半導(dǎo)體的基體材料，純度需要達到9N以上，冶金手段遠遠滿足不了要求，因此對冶金法的研究漸漸淡出人們的視野。

20世紀(jì)80年代開始，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)逐漸興起，基板材料主要使用純度大于6N的多晶硅，長期以來其原料的來源主要依賴于半導(dǎo)體行業(yè)的返回料、提拉單晶后的頭尾料和鍋底料等。光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展需要大量多晶硅，由于西門子法制備成本比較高，冶金法又重新進入了人們的視野。日本東京大學(xué)的Miki T.和Morita K.等研究了硅中主要雜質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)［7－10］，日本JFE公司據(jù)此結(jié)合載能束技術(shù)提出了電子束、離子束和定向凝固的“三步提純法”，依次去除硅中的磷、硼和金屬雜質(zhì)［11，12］。JEF采用的冶金法技術(shù)成功地將工業(yè)硅提純到6N程度，滿足了太陽能電池的生產(chǎn)需要。

盡管JFE公司的冶金法取得了成功，但在2002年時日本及全球的太陽能電池的需求量遠不如現(xiàn)在巨大，半導(dǎo)體行業(yè)的返回料等可以滿足太陽能行業(yè)的需求，加之冶金法的技術(shù)尚沒有大規(guī)模生產(chǎn)和優(yōu)化，成本優(yōu)勢沒有體現(xiàn)，因此日本JFE冶金法技術(shù)也放緩了研究和應(yīng)用。

進入21世紀(jì)，由于一次能源的日漸枯竭和人類可持續(xù)發(fā)展的需要，各國政府都將發(fā)展可再生能源作為國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分，尤其是2004年以后，全球光伏市場迅猛發(fā)展，對多晶硅原料的需求也驟然增加，西門子法硅料已不能滿足要求［13，14］，冶金法技術(shù)再次成為多晶硅提純領(lǐng)域的焦點，不同的是，這次的領(lǐng)跑者來自于中國。近5年來，冶金法在中國得到了長足的發(fā)展，涌現(xiàn)出一批企業(yè)和科研機構(gòu)，如寧夏銀星、福建佳科、河南訊天宇等企業(yè)已經(jīng)采用冶金法制備出純度為5N 以上的多晶硅［15，16］，浙江大學(xué)、廈門大學(xué)、大連理工大學(xué)、昆明理工大學(xué)及部分科研院所也在不斷進行冶金法的探索，并取得了令人矚目的成果。

冶金法利用硅與其中雜質(zhì)物理或化學(xué)性質(zhì)差異性使兩者分離，從而達到提純的目的 。技術(shù)路線主要圍繞去除硅中的金屬、硼及磷雜質(zhì)展開［18，19］。金屬雜質(zhì)，尤其是復(fù)合金屬雜質(zhì)對硅太陽能電池的少子壽命、電子遷移率等都有很大影響，硼（B）、磷（P）是太陽能電池的P－N節(jié)的構(gòu)成元素，含量高會嚴(yán)重影響硅太陽能電池的性能［20］。

因硅中不同雜質(zhì)的特點差異，其所去除的機理不同。硅中的雜質(zhì)如磷、鋁、鈣等，其飽和蒸汽壓很高，可以利用飽和蒸汽壓機理將其去除［21－24］；而對金屬雜質(zhì)來說，由于其在硅凝固過程中具有分凝現(xiàn)象，可利用偏析機理來去除［25，26］；硼在硅中的化學(xué)、物理性質(zhì)穩(wěn)定，但其氧化物能體現(xiàn)出很大的差異性，因此可以通過這種間接的氧化法去除硅中的硼［27－29］，根據(jù)以上的原理差異可以衍生出很多不同的方法，有些雜質(zhì)可用多種方法疊加去除。

2 冶金法制備太陽能級多晶硅主要機理及工藝

2.1 飽和蒸汽壓的機理及技術(shù)進展

2.1.1 原理

具有多雜質(zhì)的基體金屬或者合金，在高溫、高真空的條件下，飽和蒸汽壓大的元素?fù)]發(fā)性強于飽和蒸汽壓小的元素［30］。

對硅中的雜質(zhì)元素來說，磷、鋁、鈣等元素的飽和蒸汽壓遠遠大于硅的飽和蒸汽壓，真空條件下，熔融態(tài)硅中的揮發(fā)性元素將向氣相中富集，而使得硅熔體中的該類雜質(zhì)元素的含量逐步降低。

2.1.2 技術(shù)進展

（1）真空熔煉

根據(jù)硅中P，Al，Ca等雜質(zhì)飽和蒸汽壓遠大于硅飽和蒸汽壓的情況，可采用真空熔煉來提純多晶硅。在真空狀態(tài)下（1×10－1Pa以下）［31，32］，將冶金級硅進行高溫熔煉，在熔融狀態(tài)下保持一定時間，硅中的揮發(fā)性雜質(zhì)將從液態(tài)硅中揮發(fā)出來，在真空下去除。高真空度對雜質(zhì)去除起到促進作用［32］，維持液態(tài)與氣態(tài)中雜質(zhì)元素的不平衡性，使硅液中的雜質(zhì)元素持續(xù)的揮發(fā)、去除，最終達到提純多晶硅的目的。

Miki T.等［7，24］通過對熔融硅中 P，Al，Ca的熱力學(xué)性質(zhì)的研究，提出真空熔煉下，這些元素的去除反應(yīng)由自由揮發(fā)過程來控制；廈門大學(xué)［31，32］在 0.1～0.035Pa的真空度下，通過在1773～1873K的溫度范圍內(nèi)真空感應(yīng)熔煉2h，能將硅中的P雜質(zhì)含量從15×10－6減少到0.08×10－6，滿足了太陽級硅對P雜質(zhì)的含量要求（＜0.35×10－6）。同時，相關(guān)學(xué)者也對真空除雜的機制進行了研究，大連理工大學(xué)［33］通過在中真空（2～6Pa）及高真空（5×10 ～1×10Pa）狀態(tài)下進行實驗，得出P的去除反應(yīng)為一級反應(yīng)，P是以單原子形式被去除的結(jié)論。昆明理工大學(xué)真空冶金國家工程實驗室近年來積極開展真空熔煉提純多晶硅的研究，在提純機理、工藝等方面取得許多成果［34，35］。

（2）電子束熔煉

電子束熔煉（EBM）是利用能量密度很高的電子束作為熔煉的熱源，在高真空狀態(tài)（10－3Pa）下，使高速電子束轟擊材料表面，電子束在與材料的碰撞過程中將動能轉(zhuǎn)化為熱能，從而實現(xiàn)材料的熔化［36，37］。

電子束熔煉是在很高的真空度條件下進行的熔煉反應(yīng)，由于具有很高的真空度，能夠強化所有氣態(tài)生成物的冶金過程，使熔煉過程中的脫氣、分解、揮發(fā)和脫氧過程充分進行，從而獲得很好的提純效果。由于電子束特殊的加熱方式，其表面效應(yīng)明顯，整個熔池從表面到內(nèi)部存在很大的溫度梯度，增加了熔池的流動，有助于雜質(zhì)向表面的擴散，提高提純效率。電子束熔煉最初用于高熔點金屬的熔煉，如Ta，Ti，Ir的精煉［38］，20世紀(jì)末才應(yīng)用到硅的提純中［39］，可以有效去除多晶硅中的P，Al，Ca等飽和蒸汽壓較大的雜質(zhì)［40－42］。

Hanazawa K.等［12］通過電子束熔煉研究其對硅中P雜質(zhì)去除的影響，結(jié)果顯示P的去除速率與電子束的束流密度及硅中P的初始含量成正比，P的去除反應(yīng)為一級反應(yīng)，以單原子形式從硅中去除，并提出P的去除由表面的自由揮發(fā)過程控制，而且通過計算和測量得出熔融硅表面的溫度比熔體內(nèi)部溫度高250～400K；而Ikeda T.等［43］同樣通過實驗提出P的去除反應(yīng)為二級反應(yīng)，以雙原子形式從硅中去除。Pires J.C.S.等［22，44］通過測量電子束熔煉后所得鑄錠內(nèi)不同部位雜質(zhì)的含量，分析了由于分凝效應(yīng)造成的硅錠內(nèi)雜質(zhì)元素的分布規(guī)律。Maijer D.M.等［21］采用實驗與數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合的方法分析了電子束熔煉下所得到的多晶硅鑄錠內(nèi)的殘余應(yīng)力分布情況。

大連理工大學(xué)遼寧省太陽能光伏系統(tǒng)重點實驗室近年來一直致力于電子束提純太陽能級多晶硅的研究，得到了電子束去除硅中P，Al，Ca雜質(zhì)的理論機制，探索出電子束熔煉提純多晶硅的工藝路線［40－42，45－50］，能夠?qū)⒐柚械腜雜質(zhì)含量去除到0.35×10－6以下，同時Al，Ca的去除率也達到了98%，滿足太陽能級多晶硅的純度及使用要求，同時開發(fā)了新的電子束熔煉方法［51－54］，提高了電子束除雜效率及能量利用率。

2.2 偏析原理及工藝進展

2.2.1 原理

合金在凝固過程中，由于溶質(zhì)元素在固態(tài)和液態(tài)中的溶解度不同，會產(chǎn)生溶質(zhì)的重新分布，重新分布的程度由平衡分凝系數(shù)k0來決定（平衡分凝系數(shù)k0＝CS／CL，CS：固態(tài)中的溶解度；CL：液態(tài)中溶解度）。k0＜1的溶質(zhì)，在凝固過程中將聚集在合金最后凝固的部分，而k0＞1的溶質(zhì)則聚集在合金最先凝固的部分。這就為多晶硅的提純提供了理論依據(jù)［55，56］。

2.2.2 技術(shù)進展

（1）定向凝固

定向凝固就是利用元素的分凝效應(yīng)，將硅中雜質(zhì)有效地去除。硅中大部分雜質(zhì)元素的分凝系數(shù)k0均小于1，尤其是金屬元素，k0?1。利用分凝效應(yīng)，結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)手段，可有效地將硅中分凝系數(shù)遠小于1的雜質(zhì)去除。定向凝固可以使冶金級硅中的金屬雜質(zhì)含量降低兩個數(shù)量級以上［57］。

硅中的金屬雜質(zhì)分凝系數(shù)遠小于1，因此在凝固過程中，通過控制溫度場的變化，在固液界面處產(chǎn)生分凝效應(yīng)，雜質(zhì)元素偏聚在液相中，凝固結(jié)束以后，雜質(zhì)富集于最后凝固的部分，將硅錠最后凝固的部分切除，即可得到高純的多晶硅。對硅中的雜質(zhì)來說，除B，P，O，C外，可通過兩次定向凝固提純到太陽能級多晶硅所要求的濃度范圍［10］。凝固過程中的溫度梯度、凝固速率、熱場分布等對定向凝固提純有至關(guān)重要的影響［57－59］。

大連理工大學(xué)［58－60］通過兩次定向凝固將多晶硅中的金屬雜質(zhì)含量降低到10－6，并對定向凝固條件下的鑄錠組織、成分、電阻率以及溫度場進行分析，研究了鑄錠的電阻率分布規(guī)律、定向凝固過程中的固液界面特性以及初始雜質(zhì)濃度、拉錠速率、溫度梯度等參數(shù)對提純效果的影響。另外，有關(guān)學(xué)者對定向凝固多晶硅生長過程進行了研究，并將計算機模擬技術(shù)引入到硅晶體生長的過程中［61，62］。

（2）酸洗

酸洗除雜同樣利用了硅中雜質(zhì)的偏析效應(yīng)，但與定向凝固所不同的是，定向凝固過程所依靠的是固液界面處雜質(zhì)的分配來除雜，而酸洗的依據(jù)是合金在凝固過程中，雜質(zhì)元素聚集或偏聚于晶界、空隙處，將多晶硅粉碎并研磨，多晶硅晶粒破裂，雜質(zhì)將富集在硅粉的表面。由于硅具有強的抗酸性（除氫氟酸外），利用強酸將雜質(zhì)溶解，從而達到將雜質(zhì)與硅分離、去除的目的。從本質(zhì)上講，通過酸洗進行精煉所依靠的是硅較小的分凝系數(shù)，通過溶解雜質(zhì)集中相，剩余的硅晶體將被提純［10，63，64］。

廈門大學(xué)［64］通過研究硅粉粒徑、浸出劑濃度、溫度、時間和攪拌等因素對提純效果的影響。Margarido F.等［65，66］對鐵－硅合金酸洗過程的動力學(xué)機理進行了研究，發(fā)現(xiàn)提純過程受合金體系化學(xué)狀態(tài)影響，提出裂化收縮模型（CSM），酸洗過程受化學(xué)反應(yīng)控制。

（3）合金化

合金化除雜是基于分離結(jié)晶原理，將Al，Cu等金屬與Si混合，在熔融狀態(tài)下互溶形成低熔點的共熔物，凝固后的鑄錠由Si和Si－M（M表示加入的金屬元素）合金組成，在外場力作用下，硅和合金很好的分離，而原來硅中的雜質(zhì)元素將偏聚于晶界處或者溶于合金之中，達到硅提純的目的。

一般，選擇合金體系的原則為金屬在硅中的固溶度很低，且分凝系數(shù)要非常小，所用金屬元素對雜質(zhì)具有很強的親和力。目前，采用的合金體系主要有Si－Al［67－69］，Si－Cu［70］等，而 Si－Al合金為目前研究最廣、提純效果最好的合金體系。

Yoshikawa T.等［68，69］研究了硅鋁合金化對硅提純的影響，分析了不同溫度條件下P的分離比率與固體Si中P，Al之間的相互作用系數(shù)，并且說明了P，Al間很強的親和力，一系列計算結(jié)果表明通過區(qū)域熔煉或定向凝固能有效地去除Si－Al熔體中的P來提純多晶硅。又通過實驗驗證了利用外加磁場感應(yīng)加熱，凝固后，鑄錠中形成初晶相硅和Si－Al共晶體，初晶硅偏聚于鑄錠底部，之后通過酸洗，將硅分離出來，通過此方法，硅中的B，P，F(xiàn)e，Ti等雜質(zhì)的去除率達到了95%以上，尤其對多晶硅中的B雜質(zhì)來說，與硅中的Ti形成TiB2，該法為B的去除提供了一種途徑。Mitrasinovic A.等［70］研究了Si－Cu合金化并經(jīng)過重力分離來提純多晶硅，研究結(jié)果表明，鑄錠由枝晶狀Si和CuSi3金屬間化合物組成，由于晶界處大量微裂紋的存在，使得Si與CuSi3完全分離，CuSi3中的雜質(zhì)含量比Si中的高數(shù)倍，Si中的雜質(zhì)元素被有效地去除，而且Si的回收率高達98.72%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。Nishi Y.等［71］采用定向凝固技術(shù)，通過控制合適的溫度梯度與冷卻速度，成功地從Si－Al55.3%的合金中分理出Si，其中Fe，Ti的去除率均達到了99.5%以上，P，B的去除效果也分別達到了92.2%與88.4%，該方法能夠?qū)i直接從Si－Al合金中分離出來，免去了之后的酸洗等步驟。浙江大學(xué)［72］采用粉末冶金的方法，降低了Si－Al混合粉末體的熔化溫度，Si中的所有雜質(zhì)均得到有效去除，由于溫度較低，降低了能耗，為發(fā)展低能耗冶金法提純多晶硅提供了一種有效途徑。

從上述的一系列研究成果中能夠發(fā)現(xiàn)，普通定向凝固手段不能去除的雜質(zhì)，如B，P，通過合金化的手段能夠很好地被去除。這是由于合金體系有效地降低了B，P等雜質(zhì)元素的分凝系數(shù)，使得其表現(xiàn)出明顯的偏析現(xiàn)象，從而得到很好的去除。

2.3 氧化性差異及技術(shù)進展

2.3.1 原理

B的飽和蒸汽壓遠遠低于Si的飽和蒸汽壓，因此，利用真空熔煉或電子束熔煉手段無法將B去除。同時，B的分凝系數(shù)為0.8，接近于1，因此，普通定向凝固技術(shù)也無法達到去除硅中雜質(zhì)B的目的。而B作為太陽能級多晶硅中重要的雜質(zhì)元素，其與O，F(xiàn)e會形成硼氧（B－O）復(fù)合體及Fe－B對深能級化合物，導(dǎo)致少子壽命降低、擴散距離減小，造成電池效率的衰減，因此必須將Si中的 B去除［11，21，73］。

盡管B的性質(zhì)較穩(wěn)定，但B的氧化物在蒸汽壓和偏析方面表現(xiàn)出與Si明顯的差異性，因此可以通過將其氧化來去除。B與O有很強的親和力，在硅中通入氧化性物質(zhì)，使B轉(zhuǎn)化為蒸汽壓較大的氧化性氣體去除［24，74，75］；或加入氧化性物質(zhì)，由于 B 在所添 加氧化物質(zhì)體系中的分配系數(shù)遠大于在Si中的分配系數(shù)，從而實現(xiàn)B的有效分離，達到提純多晶硅的目的［76］。

2.3.2 技術(shù)進展

（1）等離子體精煉

等離子熔煉是利用輝光放電產(chǎn)生的等離子體中的活性粒子與高溫下Si熔體中的B發(fā)生氣－固反應(yīng)，生成易于揮發(fā)的B的氧化物或者氫氧化物，從而有效去除B雜質(zhì)的一種方法。在等離子狀態(tài)下，向真空爐內(nèi)通入氧化性氣體（H2，O2混合氣體或者H2O），氧化性氣氛將提供活性極強的O原子，可將B氧化成強揮發(fā)性的氣體而被去除。溫度高于大約1623K時，B易被氧化為B2O2，B2O，BO和BO2氣體，利用等離子體氧化精煉，硼濃度可減少到0.1×10－6［10］。

Alemany C.等［77］在利用電磁攪拌與感應(yīng)等離子體相結(jié)合的方法處理硅液時發(fā)現(xiàn)能夠有效地將Si中的B去除，通過熱力學(xué)計算和實驗結(jié)果分析，證實Si中的雜質(zhì)元素B主要是以BOH的形態(tài)揮發(fā)脫除。Suzuki K.等［75］在等離子狀態(tài)下，向熔融硅中通入Ar＋1.24%H2O混合氣體，將Si中的B從初始含量35.7×10－6降低到0.4×10－6，說明氧化精煉去除硅中B的有效性。同時，分析并說明了B的去除速率由B在熔融硅中的擴散過程來控制。Lee B.P.等［78］利用電磁鑄造技術(shù)，對比了等離子體氧化精煉下不同氣氛條件對除B的影響，研究結(jié)果表明，Ar，H2和H2O三者的混合氣氛的除B效率更高。

（2）造渣

在熔融硅中加入造渣劑，與硅中的某些不易揮發(fā)的雜質(zhì)元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成不揮發(fā)的第二相上浮或者下沉到硅熔體的底部，凝固后第二相與硅晶體分開，而雜質(zhì)元素富集于渣相中，達到多晶硅除雜的效果。利用造渣精煉，可有效去除多晶硅中難于利用真空熔煉和定向凝固去除的B雜質(zhì)。利用造渣方式提純多晶硅的過程中，熔渣的熔化溫度、黏度、表面張力等物理性質(zhì)，及酸堿度等化學(xué)性質(zhì)將直接影響提純能否順利進行，因此，在選擇渣系時，必須仔細考慮所選物質(zhì)是否得當(dāng)［76，79］。

Johnston M.D.等［76］在1500℃溫度條件下，利用Al2O3－CaO－MgO－SiO2與 Al2O3－BaO－SiO2兩種渣系，研究了冶金級硅中B，P等雜質(zhì)在渣相與硅之間的分配系數(shù)，結(jié)果表明，渣系的堿度及氧化性對B，P的分配系數(shù)均有明顯的影響。B，P的去除效率最高分別達到了80%及90%。廈 門 大 學(xué)［80］利 用 CaO－SiO2－10%CaF2渣系，研究了堿度、溫度、渣硅比及吹氣等條件對造渣除硼過程中，B在渣相與Si中分配系數(shù)LB的影響。

但是，采用造渣法提純多晶硅過程中，既可以與硅中的雜質(zhì)元素形成第二相，而且在此過程中又不可以引入新的雜質(zhì)元素，因此如何選擇合適的造渣劑成為重點。

從目前的研究及實際生產(chǎn)情況來看，通過一次造渣的方式很難將冶金硅中的B含量降低到太陽能級硅所要求的含量水平，工業(yè)生產(chǎn)中一般利用二次造渣來進一步去除Si中的B，以達到太陽能級硅的要求。如何選擇合適的渣系，合理的堿度，渣硅比，溫度，攪拌程度，反應(yīng)界面等等，以實現(xiàn)一次造渣的目的，仍需進一步研究。

冶金法作為一種集成方法，是將上述方法中的幾種結(jié)合起來，形成一種工藝路線，而通過該工藝過程將Si中的雜質(zhì)元素去除，來提純多晶硅，滿足太陽能級多晶硅的純度要求。

3 結(jié)束語

太陽能是一種清潔的可再生能源，其應(yīng)用成本在近幾年內(nèi)大幅降低，目前正快速向民用領(lǐng)域普及。光伏發(fā)電是開發(fā)、利用太陽能極其重要的技術(shù)手段，發(fā)展迅速，其整體成本不斷降低，不久將會實現(xiàn)平價上網(wǎng)，競爭力更加明顯，勢必在未來能源結(jié)構(gòu)中扮演更加重要的角色。

原材料成本降低是推動光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要動力，基于這種背景，冶金法提純多晶硅技術(shù)近幾年來得到了快速的發(fā)展。在我國，經(jīng)過多所高校、科研院所和多家企業(yè)的共同努力，實現(xiàn)了冶金法提純多晶硅研究與產(chǎn)業(yè)的順利對接，已經(jīng)用冶金法材料制成太陽能電池，同時建立了兆瓦級的電站并穩(wěn)定發(fā)電運行。盡管相比于成熟的改良西門子法等化學(xué)方法，冶金法在理論發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用上仍存在一定差距，需要從微觀層面上更加深入的研究和揭示雜質(zhì)在硅熔體中的運動和去除行為，以便更有針對性的探索高效、節(jié)能的提純途徑，為冶金法的推廣和進步奠定穩(wěn)定的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，冶金法作為一種集成的材料制備方法，其各個環(huán)節(jié)存在獨立性，在今后的發(fā)展過程中，將逐漸走向連續(xù)化、規(guī)?；?，實現(xiàn)大冶金——即從原料到成品材料的全液態(tài)傳輸，并在液態(tài)中完成提純過程。大冶金技術(shù)將大大降低生產(chǎn)過程中的總能量消耗，成倍的提高生產(chǎn)效率，同時總體生產(chǎn)成本也會在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)大幅度降低，真正實現(xiàn)硅材料的大規(guī)模、低成本化制造。

隨著能源需求的急劇增加以及光伏發(fā)電成本的不斷降低，未來光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及對硅材料的需求將會呈現(xiàn)出井噴的態(tài)勢。冶金法技術(shù)依據(jù)硅與雜質(zhì)物理性質(zhì)的差異，通過冶金熔煉的方法將雜質(zhì)去除，獲得滿足太陽能電池性能需求的硅材料，具有高效率、低成本、低能耗以及環(huán)境友好等優(yōu)點，成為該領(lǐng)域的研究熱點。通過探索微觀層面上的雜質(zhì)去除機制，優(yōu)化雜質(zhì)提純工藝，發(fā)展連續(xù)化、規(guī)?；拇笠苯鸱夹g(shù)，必將推動多晶硅提純領(lǐng)域的革新，為光伏技術(shù)的廣泛應(yīng)用和光伏產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展開辟道路。

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