● 摘要
近年来随着光伏产业的发展，太阳能级高纯硅的需求量也逐年增加。传统太阳能级多晶硅生产技术成本高、设备投资大、环境污染严重，严重制约了光伏产业的发展。冶金法采用熔渣精炼、定向结晶、酸浸、真空熔炼等方法中的一种或几种将冶金级硅提纯至太阳能级水平。冶金法是以冶金级硅（MG-Si）为原料,具有成本低、工艺简单、生产周期短、能耗低和环境污染少的特点。
本研究分析了冶金级硅中杂质分布及存在形态。研究发现，冶金级硅中的杂质在中呈浅色、暗色和深色夹杂物的形式分布于冶金级硅晶粒的晶界处，第一类为浅色夹杂，其主要元素组成为Si37-39%，Ti12-14%，Cr7-8%，Fe3-6%，Al1-5%；第二类为暗色夹杂，其主要元素组成为Si30-32%，Al40-44%，Fe24-28%；第三类为深色夹杂，其主要元素组成为Si37-39%，Al34-35%，Ca26-28%。
采用均匀实验表设计了SiO2-CaO-MgO-Al2O3和SiO2-CaO-Na3AlF6-CaSiO3渣系熔渣精炼实验方案。将熔渣成分与硅中硼含量建立BP网络工艺参数模型。并用遗传算法的宏观搜索能力和良好的全局优化性能，对BP网络模型的权值和阈值进行优化，极大地提高了BP网络模型的泛化性能和参数预测精度。
与传统的SiO2-CaO-MgO-Al2O3渣系相比，新型SiO2-CaO-Na3AlF6-CaSiO3渣系对熔渣精炼除硼效果更明显，可以将硅中硼含量降低至0.5ppmw以下。基于构建好的BP神经网络模型，遗传算法优化结果为28.96%Al2O3-3.43%MgO-36.24%CaO-31.37%SiO2可以将冶金级硅中的硼含量由14ppmw降低至2.3259ppmw，去除率达到83.4%； 23.12%SiO2-10.44%CaO-16.83%Na3AlF6-49.61%CaSiO3渣系可以将冶金级硅中的硼含量由14ppmw降低至0.4366ppmw，去除率达到96.4%。利用BP神经网络模型预测结果发现，熔渣中的氧势和碱度对熔渣精炼提纯效果影响显著。Na3AlF6和CaSiO3通过降低熔渣熔点及黏度等提高熔渣精炼去除硼效果。
对熔渣精炼后的硅进行定向凝固，铸锭中的杂质浓度随抽拉速度降低而降低，当生长速度降到0.12mm/min时，铸锭底部Fe含量已经小于0.5ppmw，提纯的区域达到60%。杂质浓度随初始杂质浓度减小而减小。酸洗后定向凝固硅，可以将提纯区域提高到80%。