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目前，化学法是制备太阳能级硅的主要方法，但成本和能耗较高，难以满足光伏行业的健康快速发展。开发低成本、低能耗的太阳能级硅制备工艺是光伏产业可持续发展的必由之路。Al-Si合金精炼法提纯太阳能级硅具有成本低、能耗低、环境友好等优势，已成为当前硅提纯领域的研究热点。但传统的凝固技术难以有效分离合金中的初晶硅，导致熔剂金属Al的回收利用情况不理想。此外Al-Si合金凝固过程中金属杂质的分布特征和分凝行为目前尚缺乏系统的研究，亟需开展进一步的深入探索。 针对目前Al-Si合金提纯硅存在的问题，本文采用实验研究与理论分析相结合的手段，对初晶硅的生长行为、分离机理和金属杂质的去除规律进行了系统的研究。得到如下主要结论： ① 采用高温界面实时探测技术获得了固-液界面的迁移速度，建立了固-液界面高度与Al-Si合金下拉距离之间的关系。结果表明，随着硅含量的增加或下拉速率的增大，初晶硅富集区高度增加、初晶硅平均生长速率增大。 ② 由初晶硅的形貌分析可知，当Al-45 wt%Si、Al-55 wt%Si和Al-65 wt%Si合金在拉速为5 μm/s的条件下凝固时，初晶硅富集区中硅晶体为块状、胞状、和胞状枝晶三种形貌，且随着富集区高度的增加，初晶硅的形貌变化依次为：块状→胞状→胞状枝晶。当Al-45 wt% Si合金的下拉速率由5 μm/s增加至10μm/s、15μm/s、20μm/s时，硅晶体的形貌为胞状和胞状枝晶，且随着富集区高度的增加，形貌变化依次为：胞状→胞状枝晶。对初晶硅的富集率分析可知，随着初晶硅富集区高度的增加，富集率逐渐降低。此外，随着合金中硅含量的增加或下拉速率的降低，初晶硅的平均富集率增大。 ③ 采用Al-65 wt%Si合金进行电磁定向凝固，初晶硅中典型金属杂质Al、Ca、Ti、Fe的去除率分别为：58.62 wt%、61.77 wt%、88.69 wt%和96.26 wt%。通过对杂质Al、Ca、Ti、Fe的分布及含量进行分析，发现：随着初晶硅的不断生长，杂质元素被推斥至初晶硅富集区与Al-Si熔体的界面，从而提纯初晶硅。采用表观分凝系数研究了杂质在凝固过程中的分凝行为，发现表观分凝系数远大于平衡分凝系数。