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光伏太阳能产业发展至今已有几十年的历史,在目前可再生能源中光伏发电是比较成熟的技术,太阳能发电具有安全可靠、清洁环保、良好的经济和社会效益等优点被誉为21世纪的朝阳产业。目前光伏产业中面临的主要障碍为多晶硅成本过高和硅材料短缺。多晶硅生产成本的有效控制减少太阳能级硅对电子硅的依赖对光伏产业的发展有着重要的意义。本文研究内容为在冰晶石熔盐体系中通过电解法制备Al-Si合金并进行酸溶提纯制备冶金级硅的工艺研究。跟传统的冶金法制备多晶硅相比,本文以液态铝为阴极、Fe-Ni合金为阳极(惰性阳极而非炭阳极电解),高纯SiO2为原进行电解制备Al-Si合金,作为太阳能级Si的前驱体。克服了碳热还原法还原剂纯度得不到保证以及定向凝固对P和B的除杂效率低等缺点,从源头杜绝了B、P的引入,从而有效地降低作为太阳能级硅前驱体的冶金级硅在后续工艺提纯制备太阳能级多晶硅的成本。实验所用阳极为真空感应炉制备得到的材质均匀的Fe-Ni合金惰性阳极,实验用到的无水AlF3采用真空蒸馏法制备。在NaF-AlF3-CaO-NaCl和NaF-AlF3-CaO-NaCl-SiO2体系中,采用三电极体系,通过循环伏安法研究Si在阴极上的析出行为。NaF(47. 1wt%)-AlF3(42.9wt%)-CaO(4wt.%)-NaCl(6wt.%)熔盐体系中Na、Al的还原峰电位分别为-1.75V、-1.6V(vs.Pt)。NaF(42.9wt%)-AlF3(39.1 wt%)-CaO(4wt%)-NaCl(6wt%)-SiO2(8wt%)熔盐体系中Na、Al、Si的还原峰电位分别为-1.6V、-1.45V、-1.15V(vs.Pt),且Si和Al的还原峰较为接近,且Si的析出分阿步进行,分别为Si(Ⅳ)生成Si(Ⅱ)以及Si(Ⅱ)生成Si单质,两步反应的开始析出电位分别为-0.55V、1.15V。研究了液态阴极Al添加量和电流密度两个单因素对电解制备Al-Si合金的影响。液态阴极Al添加量的变化对Al-Si合金的生成及在合金颗粒的大小以及合金中Si含量的大小有着较为明显的影响,液态阴极Al添加量的提高有助于合金的生成,且生成产物较为纯净。而液态阴极Al添加量的减小有助于合金中Si含量的提高。当液态阴极Al添加量为电解总质量的3.75%时,实验结果最优,电解得到Al-Si合金中Si的含量达到19.45%,电流效率达到45.5%。电流密度为0.7A/cm2时电流效率达到52.4%,且合金中Si含量达到24.5%,故电解的较优条件为电流密度和液态阴极Al添加量分别为0.7A/cm2和电解质总量的3,75%。在二氧化硅电解过程,Si的析出包含阴极电化学析出和熔盐介质中的铝热还原两部分。但高温铝热不是主导反应。在其他条件相同条件下,采用高纯石墨阳极电解制备得到的Al-Si合金经过酸溶实验得到Si粉,其中P和B的含量为132ppm和35ppm:而Fe-Ni惰性阳极得到铝硅合金经酸溶得到的硅粉中P和B含量为56ppm和10ppm。