作者：上海太阳能工程技术研究中心有限公司 硅材料研究室经理 张愿成

        上海太阳能工程技术研究中心有限公司 副总经理  张滢清
 
    随着光伏发电产业的发展，多晶硅材料的需求加大。国内目前主要采用传统的西门子法或改良西门子法生产多晶硅。该方法生产多晶硅，每公斤太阳能级多晶硅将产生10～15公斤的SiCl4[1]，如何处理高污染的SiCl4成为多晶硅生产厂家面临的一个难题。针对这一难题，日本的新太阳硅公司，我国的锦州新世纪石英玻璃公司、上海电力学院太阳能研究所[2]及北京京仪世纪自动化设备有限公司先后提出了Zn还原法处理SiCl4同时制备多晶硅的工艺。Zn还原法具有工艺简短、反应速度快、产品质量稳定、低污染等优点。其主要反应原理为：

　　SiCl4(g) + 2Zn(g)→Si(s) + 2ZnCl2(g)

　　然而这种方法，按照反应式来计算，每制备一倍量的硅，就会产生十倍量的ZnCl2副产物，如何经济地有效回收利用ZnCl2，进一步降低生产成本本和污染成为一个重要问题。

　　金属氯化物的熔盐电解是生产镁和很多稀土金属的主要方法。与水电解相比，熔盐电解具有过电压小，产量高的优点[3]。Zn还原法的副产物中ZnCl2纯度较高，除少量的剩余反应物Zn之外，无其他杂质，不需要提纯处理，因此比较适合采用熔盐电解法进行电解。

　　另外，有专利和文献报道了在ZnCl2熔盐中加入KCl、NaCl等其他金属氯化物作为辅助电解质以提高电导率的工艺和方法[4-6]。然而，如利用Zn还原法制备太阳能级多晶硅，产品纯度要保证在99.9999%以上，这就要求整个闭环工艺中杂质含量越低越好，电解中应尽量避免引入其他金属杂质的机会。因此，本文探索了一种在不添加辅助电解质情况下，ZnCl2熔盐的电解工艺，并初步研究了电解电流，电解温度对槽电压的影响。

　　实验方法

　　原料准备

　　为验证不添加辅助电解质ZnCl2熔盐电解的可行性，选用了市售分析纯ZnCl2（含量>98%）作为实验原料。

　　电解槽结构设计

　　因为在高温，金属氯化物熔盐的腐蚀性大，电解所产生气体（如氯气等）的反应强烈，因而设备材料方面出现的问题较多。针对ZnCl2熔盐电解，以及低杂质源的要求，目前可行的方法是以石英材料作为电解槽的材料。

　　在熔盐电解中，为使电解质保持在电解温度，需要大量的热量。补充热量的方法有内热法和外热法两种。内热法是利用电解质的电阻所产生的热，而外热法是从电解槽外部用燃料等进行加热。根据实验条件，本文ZnCl2熔盐电解采用的是外热法进行加热。电解槽详细结构如图1所示。