近年来,光伏产业在世界范围内得到了飞速的发展,带动太阳能级多晶硅需求量的持续增长。具有环保、成本低等特点的冶金法制备太阳能级多晶硅技术,在世界范围内得到了长足的发展,将为光伏产业未来的持续发展奠定坚实的基础。冶金法是利用硅中不同杂质的特性,依据不同的理论基础(如饱和蒸汽压原理、分凝效应及氧化性差异等),采用不同的技术路线(如电子束熔炼、定向凝固、合金化等)依次去除硅中的杂质元素。电子束熔炼作为冶金法体系中的重要组成部分,能够有效地除硅中的挥发性杂质,目前,关于电子束熔炼太阳能级多晶硅的研究已经取得了许多具有指导性意义的结论,但对电子束提纯太阳能级多晶硅过程中的能耗、硅损失率等与提纯过程相关联的问题尚无系统的研究,同时电子束熔炼太阳能级多晶硅尚存在熔炼方法单一、无法去除非挥发性杂质等问题。本文通过电子束熔炼太阳能级多晶硅模型的建立,分析熔炼过程中的热力学与动力学,硅损失率与杂质元素挥发去除率具有一一对应的关系In(1-ωi[(ki-ksi)/ksi]·1n(1-η)。除P过程中,熔炼功率对si的挥发损失率基本无影响,主要取决于P的去除率大小,而除Al过程中,si的挥发损失量随熔炼功率及Al去除率的增加均增加。在达到相同除P目的的条件下,熔炼过程总能耗随着熔炼功率的增大而减小,而在除Al过程中,在相同A1去除率条件下,熔炼过程总能耗随着熔炼功率的增大而增加。熔炼过程中,P、Al的去除同时进行,低功率(9kW)条件下,P的去除过程较慢,所需熔炼时间较长,成为熔炼过程的限制环节,而在高熔炼功率(15kW.21kW)条件下,A1的去除过程成为整个熔炼过程的限制环节,熔炼功率的增加对P去除的有利影响大于对Al的影响。同时,本文在18kW条件下进行电子束指数降束诱导定向凝固实验,具有分凝效应的Fe元素,在降束65min条件下,Fe去除率90%以上的区域达到86%,而具有挥发及分凝效应的Al元素去除率在90%以上的区域达到92%。电子束诱导定向凝固过程中,随着降束速度减小,固液边界层厚度逐渐增加,最终达到扩散平衡状态。降束速度较快情况下,Al杂质通过分凝效应在熔池内的富集作用较弱,对Al元素的挥发去除过程促进作用较弱,而当降束速度较慢情况下,Al在熔池内的富集作用增强,大大促进挥发除Al效应。与电子束熔炼瞬时凝固相比,凝固降束时间的延长,电子束指数降束诱导定向凝固条件下Al的去除率更高,过程中si的挥发损失率减少及总能耗降低均达50%以上。