我國(guó)已成功地實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能冶煉高純硅

　　據(jù)2009年《中國(guó)物理快報(bào)》刊登的《Silicon Purification by a New Type of Solar Furnace》一文報(bào)導(dǎo)：由陳應(yīng)天教授等人所發(fā)明太陽(yáng)能煉硅的新技術(shù)，已宣告成功。

　　太陽(yáng)能級(jí)高純硅，SoG Silicon(注：硅純度至少要達(dá)到6個(gè)9，或雜質(zhì)含量不得高于百萬(wàn)分之一，PPM量級(jí))，是當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)最廣泛應(yīng)用的原材料。通常由西門子法生產(chǎn)，但耗能過(guò)多，污染嚴(yán)重。有不少學(xué)者建議用直接純化的冶金法取代西門子法，實(shí)際上仍嚴(yán)重耗能，僅達(dá)5個(gè)9的純度。有文獻(xiàn)倡議用太陽(yáng)能冶煉高純硅，但或者由于太陽(yáng)爐成本太高、溫度太低，或由于所選冶煉過(guò)程污染嚴(yán)重，均未獲成功。

　　近來(lái)，陳應(yīng)天教授等人應(yīng)用他們所發(fā)明的無(wú)光象主動(dòng)光學(xué)理論，廉價(jià)而成功地制作了一種新型的太陽(yáng)爐。能有效地穩(wěn)定地將10000倍或更高一些的太陽(yáng)光聚焦在小網(wǎng)球大小的范圍，并能在幾秒鐘時(shí)間內(nèi)將鎢板熔化，亦即間接地證明了此太陽(yáng)爐可升溫到3500度，這就為高效而廉價(jià)地冶煉高純硅，提供了新的可能。

　　陳等人本來(lái)設(shè)想利用太陽(yáng)爐所特有的高溫，將加速冶煉提純過(guò)程的進(jìn)程。試驗(yàn)進(jìn)行不久，即發(fā)現(xiàn)下列三重困難：1)冶煉溫度過(guò)高將引起硅蒸汽的大量損失;2)坩鍋壽命太短，使用一兩次，即不能再用，屢試而屢敗;3)易造成坩鍋污染。于是，陳教授發(fā)明了一種無(wú)坩鍋?zhàn)鳂I(yè)。將冶金級(jí)硅粉和CaO，Al2Os ,SiO2等氧化物和某些添加劑，壓鑄成棒，直接放置在10000倍的太陽(yáng)爐里照射，由氧化物混合物的"相變"控溫在1700~20000C溫度的范圍。由于這是10000倍太陽(yáng)光的輻照，硅棒迅速升溫熔化，其液滴由硅棒剝離。為控制高純硅的冶煉時(shí)間，陳教授等人將硅棒放置在約5.5m高的二層樓，利用自由落體將冶煉時(shí)間控制在1.0~1.2秒內(nèi)冷卻而中止。

　　一個(gè)令人驚異的事實(shí)是：這一在10000太陽(yáng)光輻照下的硅棒的持續(xù)冶煉過(guò)程，竟然僅在1~2秒鐘內(nèi)完成全部作業(yè)。工業(yè)硅所含雜質(zhì)，或者氣化，或者形成氧化物，被萃取到約1700度的高溫氧化物混合物的液體中。

　　其重量是12公斤，其中60%是p型半導(dǎo)體，40%是n型半導(dǎo)體。已切成125mm×125mm的單晶硅片，并制成光電池，其轉(zhuǎn)化率為14.5%~16.5%。

　　由于這一太陽(yáng)能煉硅所需持續(xù)時(shí)間僅2~3秒，而云層漲落漂移時(shí)間往往長(zhǎng)達(dá)十幾分鐘或幾小時(shí)，所以這一新型太陽(yáng)能冶煉將走向工業(yè)化，并大幅度降低能耗。能將通常西門子法耗能200~300kwh公斤，降低到僅能20~30kwh/公斤，實(shí)際是定向凝固提純時(shí)所消耗的電能。

　　由于上述冶煉過(guò)程所消耗的材料是2個(gè)9的工業(yè)硅和高凝土等一類氧化物，所用太陽(yáng)爐卻沒(méi)有任何消耗，所以上述試驗(yàn)中的生產(chǎn)成本僅約為20~25美元/公斤。