清洁可再生能源是解决人类文明可持续发展、能源短缺、环境污染与经济发展之间矛盾的首要选择。其中，太阳能以其所具有的分布广泛、储量无穷、清洁无污染等优点备受世人关注，太阳能的研究和应用成为人类能源发展的主要方向之一。近年来在世界各国的政策扶持下，光伏产业得到了迅速发展。目前，晶硅光伏产品占据光伏市场的大部分份额，因而开发低成本多晶硅生产技术、降低晶硅电池成本及发电成本成为一项重要的研究工作。　　与传统的改良西门子法和硅烷法等化学方法相比，物理法制备太阳能级多晶硅具有成本低、能耗小等优点，它是一种专门定位于太阳能级多晶硅的生产方法，可以满足光伏产业迅速发展的需求。本文围绕冷坩埚高温熔炼、冷坩埚定向凝固、电子束真空熔炼等技术开展冶金硅提纯研究工作，解决了造渣除硼、定向凝固除金属、真空脱磷等关键技术。在提纯过程中避免了使用石英、石墨等坩埚材料，既减少了杂质沾污又降低了生产成本，从而确立了一套低成本太阳能级多晶硅提纯的工艺技术。　　利用大尺寸冷坩埚熔炼冶金硅原料，采用定向凝固的原理提纯。通过控制坩埚和感应线圈的相对位置，实现原料的熔化和定向凝固，得到重量超过200 kg的多晶硅锭。通过分析多晶硅锭中杂质的含量及分布规律，发现硅中主要金属杂质的去除率较高，特别是对于过渡金属铁，去除率高于99％。硼、磷等非金属杂质通常具有较大的平衡分凝系数，不易通过定向凝固过程去除。由于在熔炼过程中的挥发，磷的含量降低至原料的三分之一。杂质纵向分布符合定向凝固规律，横向分布均匀。研究了下拉速度、炉内真空度及多次定向凝固对提纯结果的影响。采用电子束真空熔炼提纯方法，通过高能量电子束对硅料进行加热熔化，利用杂质元素在高真空条件下的挥发达到除杂质的目的。利用大型电子束熔炼设备研究了电子束工作模式、精炼温度、精炼时间、电子束功率、进料速度等因素对电子束提纯效果的影响。通过电子束熔炼，一次可处理超过500kg的多晶硅原料，符合大规模工业生长要求。其中，磷含量从15ppmw降低至0.1ppmw以下。　　通过物理法提纯工艺得到杂质含量和电学性质均符合太阳能电池原料要求的太阳能级多晶硅。其中，磷含量小于0.1 ppmw，硼含量小于0.2ppmw，金属杂质元素总含量小于0.1 ppmw，氧含量小于仪器探测极限，碳含量小于0.4ppmw，电阻率为0.5-0.7Ω·cm，少子寿命约为1.5μS。由本实验所得多晶硅原料铸锭并使用商用多晶硅太阳能电池片生产线制备的太阳能电池平均转化效率达到16.6％。