中國粉體網訊 石英砂在光伏領域的應用主要分兩類，一類是光伏玻璃用低鐵砂。一類是光伏用高純石英砂，主要用來制作石英坩堝。作為光伏產業鏈中的一個耗材，石英坩堝近兩年迎來爆發期，備受關注。
石英坩堝的核心原料：高純石英砂
據歐晶科技招股說明書測算，高純石英砂占石英坩堝成本的62%，是最重要的成本組成部分。目前具備不可替代性。
石英坩堝的主要指標包括三個方面：一方面是幾何尺寸。幾何尺寸體現了精加工水平， 由于單晶生產廠家的熱場系統相對固定，因此石英坩堝的幾何尺寸有統一要求。另一方面是外觀。這部分主要是查看石英坩堝內部大范圍的裂紋、斑點、劃痕以及石英坩堝透明層氣泡等表面的缺陷。再者就是雜質與元素粒子含量、純度，而這主要源自于石英砂材料。
光伏直拉單晶對于石英砂的品質需求
拉晶的過程中，石英坩堝內部的羥基、雜質元素和氣泡的含量將會影響硅棒的質量和石英坩堝的使用壽命。如羥基的存在改變了SiO2的鍵合結構，致使坩堝的耐溫性能大幅降低，影響坩堝強度；雜質的引入對單晶性能和成品率構成直接的影響。當Al含量過高時會對拉制單晶硅的純度產生影響，當Na、K、Li等元素含量高時會使石英坩堝軟化溫度降低，當Cu、Mn、Fe等元素含量高時會產生色斑。有害元素總含量高還會產生一些氣泡、白斑等缺陷，造成石英坩堝透明度下降，嚴重時還影響坩堝成形。
我國對石英原料純度一般是以Al、Fe、Ca、Mg、Ti、Cu、Co、Mn、Ni、Li、Na、K、B13種有害元素來衡量的，要求它們的總和要小于20×10-6，半導體級石英坩堝13種雜質元素含量之和小于17ppm。
《單晶硅生長用石英坩堝》（JC/T 1048-2018）行業標準適用于用高純石英砂做原料，采用電弧法工藝生產，應用于直拉法生長單晶硅材料的石英坩堝。其中分類，按用途分為太陽能級石英坩堝（T級）和半導體級石英坩堝（B級）。對于石英坩堝的雜質元素含量要求如下：
單晶硅生長用石英坩堝的雜質元素含量要求（單位為微克每克）
整體而言，高純石英砂是石英坩堝核心原材料，其純度顯著影響拉晶效果。工藝路線能夠改善羥基的含量，但雜質與氣泡的含量更多依賴于石英砂本身的純度。
光伏用高純石英砂提純技術的挑戰
高純石英原料需經過一系列的提純工藝最終獲得符合應用領域目標要求的高純石英砂產品，而高純石英砂所含的雜質特征是影響高純石英原料提純的關鍵因素。
石英中雜質的賦存狀態可分為三類: 脈石礦物類雜質、氣液包裹體類雜質、類質同象類雜質。其中氣液包裹體和晶格內部類質同象雜質是制約高純石英產品制備的關鍵性因素，對直拉單晶硅用石英坩堝的質量影響顯著。
目前的解決方案是優化氯化焙燒、加壓浸出、二次浮選、微波焙燒等深度提純工藝，以實現高純度石英砂的穩定制備。但不同石英原料的礦石性質差異較大，提純受礦石的化學成分、嵌布粒度特征、脈石礦物、包裹體和晶格雜質等性質的影響，是一項復雜的系統工程。目前我國已基本實現4N級石英砂的國產化，但高端品供給能力有所欠缺。
未來，需要開發有效去除Al、Ti以及堿金屬等雜質的技術，實現5N以上純度的高純石英砂的穩定制備；需要開發進一步去除氣液包裹體的技術，實現石英坩堝內層用高純石英砂的國產替代。
2023年9月15日，中國粉體網聯合東海縣人民政府將于東海縣嘉臣國際大酒店舉辦“2023全國集成電路及光伏用高純石英材料產業發展大會”，屆時，來自浙江大學硅及先進半導體材料全國重點實驗室的余學功教授將作《光伏用高純石英砂的制備及其坩堝應用》報告，詳細講述石英坩堝在光伏領域中的應用以及光伏用高純石英砂的制備。
余學功，男，浙江大學材料科學與工程學院教授，博士生導師，硅材料國家重點實驗室副主任，國家杰出青年基金獲得者。1999年獲浙江大學材料自動化專業學士學位，2004年獲得浙江大學半導體材料專業工學博士，2002年10月至2003年9月在日本信州大學學習，2004年10月至2007年10月在德國IHP微電子研究所做博士后，2007年11月至2009年2月在美國北卡州立大學從事助理研究員工作，2009年3月回到浙江大學。目前擔任中國光伏行業協會理事、中國可再生能源學會光伏專委會委員、中國電子材料行業協會理化分析專家委員會委員、“十三五”科技部氫能與可再生能源科技專項指南專家、Springer-nature Publisher旗下硅材料專業期刊Silicon的副主編。
主要從事半導體工藝材料的研究，承擔/主持國家科技支撐計劃重點項目課題、國家重點研發計劃課題、國家自然科學基金等項目20多項。曾獲國家技術發明二等獎1項、國家自然科學二等獎1項、省科學技術一等獎4項、省科學技術二等獎1項。在國際期刊上發表SCI論文200多篇，引用>3000次；獲國家授權發明專利30多項，多項成果實現了產業化應用。
參考資料：
胡澤晨等.石英砂的提純技術現狀及挑戰
張海啟等.高純石英中雜質特征及深度化學提純技術研究進展
粉體大數據研究
（中國粉體網編輯整理/黑金）
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