中國(guó)粉體網(wǎng)訊  石英砂在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用主要分兩類(lèi)，一類(lèi)是光伏玻璃用低鐵砂。一類(lèi)是光伏用高純石英砂，主要用來(lái)制作石英坩堝。作為光伏產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)耗材，石英坩堝近兩年迎來(lái)爆發(fā)期，備受關(guān)注。

石英坩堝的核心原料：高純石英砂

據(jù)歐晶科技招股說(shuō)明書(shū)測(cè)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(biāo)包括三個(gè)方面：一方面是幾何尺寸。幾何尺寸體現(xiàn)了精加工水平， 由于單晶生產(chǎn)廠家的熱場(chǎng)系統(tǒng)相對(duì)固定，因此石英坩堝的幾何尺寸有統(tǒng)一要求。另一方面是外觀。這部分主要是查看石英坩堝內(nèi)部大范圍的裂紋、斑點(diǎn)、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(zhì)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(duì)于石英砂的品質(zhì)需求

拉晶的過(guò)程中，石英坩堝內(nèi)部的羥基、雜質(zhì)元素和氣泡的含量將會(huì)影響硅棒的質(zhì)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(jié)構(gòu)，致使坩堝的耐溫性能大幅降低，影響坩堝強(qiáng)度；雜質(zhì)的引入對(duì)單晶性能和成品率構(gòu)成直接的影響。當(dāng)Al含量過(guò)高時(shí)會(huì)對(duì)拉制單晶硅的純度產(chǎn)生影響，當(dāng)Na、K、Li等元素含量高時(shí)會(huì)使石英坩堝軟化溫度降低，當(dāng)Cu、Mn、Fe等元素含量高時(shí)會(huì)產(chǎn)生色斑。有害元素總含量高還會(huì)產(chǎn)生一些氣泡、白斑等缺陷，造成石英坩堝透明度下降，嚴(yán)重時(shí)還影響坩堝成形。

我國(guó)對(duì)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(lái)衡量的，要求它們的總和要小于20×10-6，半導(dǎo)體級(jí)石英坩堝13種雜質(zhì)元素含量之和小于17ppm。

《單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝》（JC/T 1048-2018）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)適用于用高純石英砂做原料，采用電弧法工藝生產(chǎn)，應(yīng)用于直拉法生長(zhǎng)單晶硅材料的石英坩堝。其中分類(lèi)，按用途分為太陽(yáng)能級(jí)石英坩堝（T級(jí)）和半導(dǎo)體級(jí)石英坩堝（B級(jí)）。對(duì)于石英坩堝的雜質(zhì)元素含量要求如下：

單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝的雜質(zhì)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(zhì)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(shù)的挑戰(zhàn)

高純石英原料需經(jīng)過(guò)一系列的提純工藝最終獲得符合應(yīng)用領(lǐng)域目標(biāo)要求的高純石英砂產(chǎn)品，而高純石英砂所含的雜質(zhì)特征是影響高純石英原料提純的關(guān)鍵因素。

石英中雜質(zhì)的賦存狀態(tài)可分為三類(lèi): 脈石礦物類(lèi)雜質(zhì)、氣液包裹體類(lèi)雜質(zhì)、類(lèi)質(zhì)同象類(lèi)雜質(zhì)。其中氣液包裹體和晶格內(nèi)部類(lèi)質(zhì)同象雜質(zhì)是制約高純石英產(chǎn)品制備的關(guān)鍵性因素，對(duì)直拉單晶硅用石英坩堝的質(zhì)量影響顯著。

目前的解決方案是優(yōu)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(shí)現(xiàn)高純度石英砂的穩(wěn)定制備。但不同石英原料的礦石性質(zhì)差異較大，提純受礦石的化學(xué)成分、嵌布粒度特征、脈石礦物、包裹體和晶格雜質(zhì)等性質(zhì)的影響，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。目前我國(guó)已基本實(shí)現(xiàn)4N級(jí)石英砂的國(guó)產(chǎn)化，但高端品供給能力有所欠缺。

未來(lái)，需要開(kāi)發(fā)有效去除Al、Ti以及堿金屬等雜質(zhì)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)5N以上純度的高純石英砂的穩(wěn)定制備；需要開(kāi)發(fā)進(jìn)一步去除氣液包裹體的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)石英坩堝內(nèi)層用高純石英砂的國(guó)產(chǎn)替代。

2023年9月15日，中國(guó)粉體網(wǎng)聯(lián)合東�？h人民政府將于東海縣嘉臣國(guó)際大酒店舉辦“2023全國(guó)集成電路及光伏用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)”，屆時(shí)，來(lái)自浙江大學(xué)硅及先進(jìn)半導(dǎo)體材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的余學(xué)功教授將作《光伏用高純石英砂的制備及其坩堝應(yīng)用》報(bào)告，詳細(xì)講述石英坩堝在光伏領(lǐng)域中的應(yīng)用以及光伏用高純石英砂的制備。

余學(xué)功，男，浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，國(guó)家杰出青年基金獲得者。1999年獲浙江大學(xué)材料自動(dòng)化專業(yè)學(xué)士學(xué)位，2004年獲得浙江大學(xué)半導(dǎo)體材料專業(yè)工學(xué)博士，2002年10月至2003年9月在日本信州大學(xué)學(xué)習(xí)，2004年10月至2007年10月在德國(guó)IHP微電子研究所做博士后，2007年11月至2009年2月在美國(guó)北卡州立大學(xué)從事助理研究員工作，2009年3月回到浙江大學(xué)。目前擔(dān)任中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)理事、中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)光伏專委會(huì)委員、中國(guó)電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)理化分析專家委員會(huì)委員、“十三五”科技部氫能與可再生能源科技專項(xiàng)指南專家、Springer-nature Publisher旗下硅材料專業(yè)期刊Silicon的副主編。

主要從事半導(dǎo)體工藝材料的研究，承擔(dān)/主持國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目課題、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目20多項(xiàng)。曾獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)4項(xiàng)、省科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。在國(guó)際期刊上發(fā)表SCI論文200多篇，引用>3000次；獲國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利30多項(xiàng)，多項(xiàng)成果實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

參考資料：

胡澤晨等.石英砂的提純技術(shù)現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

張海啟等.高純石英中雜質(zhì)特征及深度化學(xué)提純技術(shù)研究進(jìn)展

粉體大數(shù)據(jù)研究

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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