目前,世界光伏产业的年平均增长率为31.2%,其增长速度在全球能源发电市场上位列第一。据估计,到2030年,光伏发电将占世界总发电量的33.3%以上。到2050年,太阳能将成为推动人类发展重要的能源。随着各个国家出台相关政策和制定相应计划,光伏产业真正走向快速发展的道路。云南省硅资源分布丰富,具有发展光伏产业的独特优势。硅材料制备在光伏产业中占有重要的地位,多晶硅是硅材料中最主要的光伏材料,是影响硅材料制备产业发展规模的重要环节。本文针对光伏产业发展现状、传统多晶硅制备工艺及设备存在的耗能大、成本高等问题,对多晶硅介电特性进行研究,并在质量机能展开(QFD)、发明问题解决理论(TRIZ)和模糊综合评价法(FCE)的基础上对微波高温加热系统方案进行优化,研制了一套微波高温加热系统,最后通过微波加热多晶硅及响应曲面优化参数实验验证了该技术设备适用于多晶硅制备过程,取得了一些有价值的结果。主要结论如下:(1)通过介电测试方法及测试系统介绍,研究多晶硅介电特性在频率2450MHz和915MHz条件下,25oC-800oC的影响规律。多晶硅在频率2450MHz和915MHz条件下,介电常数最大值分别为800oC时的18.07和19.003,损耗因子分别为0.565和0.743。通过介电常数及损耗因子,得到了多晶硅介电损耗角正切、微波穿透深度及反射损耗随温度变化的曲线。实验结果表明,多晶硅可以吸收微波并且有良好的吸波特性。(2)结合质量机能展开和发明问题解决理论,将用户需求转换为微波高温加热系统技术需求,得到质量技术要求重要度;然后运用技术冲突关系矩阵,解决微波高温加热系统方案设计过程中选择发明原理的难题,找到微波高温加热系统方案的一般解;再运用模糊综合评价对微波高温加热系统指标进行评判,确定系统最优设计方案。(3)根据微波高温加热系统组成,通过微波谐振腔、微波功率源系统、微波传输装置、冷却系统以及测温系统设计,运用计算机软件建模、生产并制造一套功率0.1kW-6.0kW、最高温度1650oC的微波高温加热系统。(4)通过分析多晶硅在微波场中温升特性,得到温升速率在微波功率、物料质量、物料粒度条件下随温度变化的影响规律。针对微波熔化多晶硅除磷试验研究,揭示多晶硅熔化过程杂质磷元素的去除机理以及微波加热熔化多晶硅过程磷脱除率随影响因子的变化规律。通过实验发现,多晶硅在微波场中能够吸收微波、迅速升温,验证了微波高温加热系统符合设计要求,运行可靠。(5)运用响应曲面方法对微波熔化多晶硅除磷实验过程进行参数优化,建立了影响条件因子与磷脱除率之间的回归方程。拟合结果表明模型建立精度高,模拟效果显著。通过对微波熔化多晶硅除磷进行工艺优化,得到在熔炼温度1600°C、熔炼时间2889s、微波功率3kW条件下,磷脱除率90.32%,与模型预测值92.41%相近,验证了模型选择的准确。本文证明了微波加热多晶硅是一种高效可行的技术工艺,能实现多晶硅中磷的选择性脱除。同时验证了微波高温加热系统在多晶硅制备过程中的适用性和可靠性。本文为多晶硅生产制备提供新的技术装备及工艺,为突破规模化生产、综合回收利用、节能降耗等关键技术,对推动包括光伏在内的硅相关产业的发展具有重要意义。