我国已成功地实现了太阳能冶炼高纯硅

据2009年《中国物理快报》刊登的《Silicon Purification by a New Type of Solar Furnace》一文报导：由陈应天教授等人所发明太阳能炼硅的新技术，已宣告成功。

太阳能级高纯硅，SoG Silicon(注：硅纯度至少要达到6个9，或杂质含量不得高于百万分之一，PPM量级)，是当前光伏产业最广泛应用的原材料。通常由西门子法生产，但耗能过多，污染严重。有不少学者建议用直接纯化的冶金法取代西门子法，实际上仍严重耗能，仅达5个9的纯度。有文献倡议用太阳能冶炼高纯硅，但或者由于太阳炉成本太高、温度太低，或由于所选冶炼过程污染严重，均未获成功。

近来，陈应天教授等人应用他们所发明的无光象主动光学理论，廉价而成功地制作了一种新型的太阳炉。能有效地稳定地将10000倍或更高一些的太阳光聚焦在小网球大小的范围，并能在几秒钟时间内将钨板熔化，亦即间接地证明了此太阳炉可升温到3500度，这就为高效而廉价地冶炼高纯硅，提供了新的可能。

陈等人本来设想利用太阳炉所特有的高温，将加速冶炼提纯过程的进程。试验进行不久，即发现下列三重困难：1)冶炼温度过高将引起硅蒸汽的大量损失;2)坩锅寿命太短，使用一两次，即不能再用，屡试而屡败;3)易造成坩锅污染。于是，陈教授发明了一种无坩锅作业。将冶金级硅粉和CaO，Al2Os ,SiO2等氧化物和某些添加剂，压铸成棒，直接放置在10000倍的太阳炉里照射，由氧化物混合物的"相变"控温在1700~20000C温度的范围。由于这是10000倍太阳光的辐照，硅棒迅速升温熔化，其液滴由硅棒剥离。为控制高纯硅的冶炼时间，陈教授等人将硅棒放置在约5.5m高的二层楼，利用自由落体将冶炼时间控制在1.0~1.2秒内冷却而中止。

一个令人惊异的事实是：这一在10000太阳光辐照下的硅棒的持续冶炼过程，竟然仅在1~2秒钟内完成全部作业。工业硅所含杂质，或者气化，或者形成氧化物，被萃取到约1700度的高温氧化物混合物的液体中。

其重量是12公斤，其中60%是p型半导体，40%是n型半导体。已切成125mm×125mm的单晶硅片，并制成光电池，其转化率为14.5%~16.5%。

由于这一太阳能炼硅所需持续时间仅2~3秒，而云层涨落漂移时间往往长达十几分钟或几小时，所以这一新型太阳能冶炼将走向工业化，并大幅度降低能耗。能将通常西门子法耗能200~300kwh公斤，降低到仅能20~30kwh/公斤，实际是定向凝固提纯时所消耗的电能。

由于上述冶炼过程所消耗的材料是2个9的工业硅和高凝土等一类氧化物，所用太阳炉却没有任何消耗，所以上述试验中的生产成本仅约为20~25美元/公斤。