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人类社会的发展对能源的需求变得越来越大,制约了人类社会发展的同时也对今后的可持续发展构成了威胁,因此开发和推广可持续再生能源以解决环境和能源问题是非常必要的。在各类可再生能源中,光伏发电无疑是节能和低碳未来最有希望的解决方案之一。硅作为光伏电池的优选材料,在光伏电池的制造过程中起着举足轻重的作用。本文首先考察了CaO-SiO2对CaCl2-CaF2体系物化性质影响,并采用石墨坩埚为阳极、液态镁为阴极、CaO-SiO2为原料,在CaCl2-CaF2体系中电沉积Si(Ⅳ)以此制得电极硅;随后采用三电极体系,借助线性伏安扫描法、循环伏安法、计时电流法等电化学手段研究了Si(Ⅳ)在阴极上的电化学行为,使用XRD、SEM-EDS、ICP等检测技术对恒电流电解制备的合金样品中Si的形态和结构进行了表征。在电解体系基础物性的研究中,选用CaCl2-CaF2体系(质量比为2:1)作为导电介质并确定了其配比和实验温度,测定了CaCl2-CaF2体系热失重率、电导率等物化性质参数,并探究了温度与加入不同质量分数的CaO-SiO2对CaCl2-CaF2体系物化性质的影响。随着温度的升高,热失重率逐渐增大,其平均热失重速率为0.024g/°C;CaCl2-CaF2-CaO-SiO2体系的密度均随温度的升高而降低,CaO-SiO2的加入会增大CaCl2-CaF2体系的密度,但影响不大;CaCl2-CaF2体系的初晶温度为768°C,CaO-SiO2的加入会提高CaCl2-CaF2体系的初晶温度,平均加入2wt.%CaO-SiO2,初晶温度提高约17.5℃;CaCl2-CaF2-CaO-SiO2体系的电导率均随温度的升高而增大,随CaO-SiO2在体系中所占比重的增大而降低。最终确定了一个合适的成分配比,66wt.%CaCl2-33wt.%CaF2-1.4wt.%CaO-0.6wt%SiO2配比下体系的初晶温度、密度、电导率分别为785°C、2.25g/cm3、1.92S/cm。在热力学研究证明电沉积法制备镁硅合金可行的基础上,对电解过程中的反电动势、电流效率等工艺参数进行了研究。电解CaCl2-CaF2体系或CaCl2-CaF2-CaO-SiO2体系时,反电动势均随着阴极电流的升高而增大,当CaCl2-CaF2体系中加入2wt.%CaO-SiO2时,同等电流强度下反电动势减小0.26V;反电动势随温度提高成线性减小,温度提高20℃时,反电动势平均减小36m V;反电动势随电解时间的延长而增大,根据反电动势随电解时间的变化规律测得加料周期为43min;当电流密度在0.05~0.1A·cm-2范围内时,电极过程进入电化学极化控制的Tafel区,当电流密度在0.1~0.3A·cm-2范围内时,电极反应过程由浓差极化控制;电流效率随着电解温度的升高而增大,920℃(810℃~960℃/30℃)获得最佳电流效率73.8%;电流效率随着电流强度的增大呈现先升高后降低的趋势,4A(2~7A/1A)时获得最大电流效率71.2%;在电解时间为120min(60~210min/30min)时获得最大电流效率75.3%,而后电流效率随着时间的延长逐渐下降。在1023K温度下、CaCl2-CaF2-CaO-SiO2体系中,以W为研究电极、Pt为参比电极,使用不同的电化学手段探究了Si(IV)的电极反应过程以及放电机理。循环伏安研究发现,Si(Ⅳ)、Ca(Ⅱ)的起始还原电位分别为-0.63V、-2.52V,此外还生成了中间产物Ca C2;在低扫速时Si(Ⅳ)的沉积过程表现出一定的可逆性,Si(Ⅳ)的扩散系数为DSi(Ⅳ)=3.22×10-5 cm2/s,并且得到Si(Ⅳ)的扩散活化能Ea=4.425k J/mol;方波伏安法确定了Si(Ⅳ)在W电极上的电沉积为一步转移四电子的过程;计时电流结果表明,Si(Ⅳ)的沉积是一个扩散控制的传质过程,成核方式遵循是瞬时成核理论。1023K温度下、Mo电极上、CaCl2-CaF2-CaO-SiO2体系中,Si(Ⅳ)在-0.9V左右还原生成单质Si,同时生成了中间产物Mo Si2。通过线性伏安扫描计算了CaCl2-CaF2-CaO-SiO2体系中、Mo电极上、1023K温度下的Si(Ⅳ)的扩散系数DSi(Ⅳ)=8.13×10-5 cm2/s,在扫速小于100m V/s的情况下,Si(Ⅳ)/Si电化学反应近似为可逆过程;方波伏安法说明Si(Ⅳ)还原为单质Si的过程是一步转移四电子的还原反应,反转计时电位法进一步证实了这个结论;研究了-0.81V、-0.83V、-0.85V以及-0.87V施加电位下的计时电流曲线,根据成核机制判断Si(Ⅳ)的成核过程遵循瞬时成核过程,通过与经典无量纲模型比较,再次确定了Si的成核过程遵循瞬时成核理论,并且得出当t/tmax﹤3时,Si(Ⅳ)的成核模型最接近瞬时成核;由XRD图谱可以知道,得到的沉积物中存在Si、Mo Si2两个相。