中國粉體網(wǎng)訊 光伏人常說，生產(chǎn)制造之路，從一粒沙開始。大自然中常見的沙子、鵝卵石，主要成分都是二氧化硅，也就是光伏產(chǎn)業(yè)鏈主要的原料來源。當(dāng)然，在實(shí)際生產(chǎn)中，光伏行業(yè)所使用的是硅礦，硅礦再進(jìn)一步加工得到單晶硅、多晶硅、高純石英砂以及低鐵石英砂等光伏原料。
工業(yè)硅的原材料：硅礦石
硅礦石是工業(yè)硅冶煉最主要的原料，是脈石英、石英巖、石英砂巖等以石英為主礦物的總稱。主要用于制備太陽能發(fā)電板的核心組件—單晶硅。工業(yè)硅又稱金屬硅，是由硅礦石（主要成分是二氧化硅）、木炭、煤及石油焦等碳質(zhì)還原劑，經(jīng)高溫還原反應(yīng)后生成，工業(yè)硅經(jīng)過進(jìn)一步提純，可制備成為多晶硅，多晶硅可作拉制單晶硅的原料。
據(jù)了解，2023年全球工業(yè)硅產(chǎn)能合計(jì)約為853.5萬噸，同比增長9.7%，總產(chǎn)能維持增長，但同比增速有所下降。2023年中國工業(yè)硅產(chǎn)能占全球總產(chǎn)能比重為82.1%，占比份額進(jìn)一步提升。2023年，由于全球光伏新增裝機(jī)量延續(xù)高速增長，多晶硅行業(yè)大幅擴(kuò)產(chǎn)，極大程度上拉動(dòng)了對工業(yè)硅的需求。中國工業(yè)硅國內(nèi)表觀消費(fèi)量為318.92萬噸，同比增長20.39%，已連續(xù)4年實(shí)現(xiàn)正增長。
目前晶硅電池在太陽能電池市場中占據(jù)主導(dǎo)地位，其中單晶硅電池技術(shù)最成熟，性能最穩(wěn)定，與多晶硅電池相比，它有著更低的缺陷密度和更高的轉(zhuǎn)換效率，因此受到了人們的廣泛關(guān)注 。
石英坩堝的原材料：高純石英砂
高純石英砂是采用天然水晶或優(yōu)質(zhì)天然石英石，經(jīng)過精挑細(xì)選、精細(xì)加工而成，是石英坩堝核心原材料，而石英坩堝是單晶硅生產(chǎn)的關(guān)鍵耗材。
目前，我國用于單晶硅生產(chǎn)的石英坩堝通常采用雙層或三層結(jié)構(gòu)，石英砂的純度會(huì)直接影響硅棒拉晶質(zhì)量。石英砂純度越低，在高溫熔制過程中越容易產(chǎn)生黑點(diǎn)氣泡。用作內(nèi)層砂時(shí)，長時(shí)間處于高溫環(huán)境下會(huì)使石英坩堝內(nèi)壁所含氣泡受熱釋放，從而影響到單晶硅片生產(chǎn)的穩(wěn)定性和成功率。目前，坩堝內(nèi)層使用的高純石英砂純度要求達(dá)4N8（大于99.998%），且對氣液包裹體、晶格雜質(zhì)、穩(wěn)定性也有較高要求。石英坩堝外涂層、石英管、石英棒、石英舟和石英錠等產(chǎn)品達(dá)到4N5（大于99.995%）。
據(jù)太平洋證券測算，2023年行業(yè)所需石英坩堝數(shù)量分別為73、97、146萬只，對應(yīng)石英坩堝市場空間分別為93、124、186億元，所需石英砂用量分別為7.7、10.3、15.5萬噸。目前用于光伏產(chǎn)業(yè)的高純石英砂除坩堝內(nèi)層砂主要依賴進(jìn)口外，我國坩堝用外層砂已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自給自足，甚至已經(jīng)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩的局面。
據(jù)近期硅業(yè)分會(huì)發(fā)布的國內(nèi)高純石英砂、石英坩堝價(jià)格信息顯示，高純石英砂均價(jià)與石英坩堝均價(jià)雙雙下跌。2024年5月中旬開始，國內(nèi)高純石英砂市場成交回歸冷淡，硅業(yè)分會(huì)稱其主要原因?yàn)檑釄逍枨蟮慕档鸵约皟r(jià)格下降帶來的壓制。
光伏玻璃原材料：低鐵石英砂
光伏玻璃是光伏產(chǎn)業(yè)鏈上重要的輔件，也是光伏發(fā)電組件中不可替代的組成部分，而石英砂則是生產(chǎn)光伏玻璃的主要原料之一，石英砂的品質(zhì)對于光伏玻璃的品質(zhì)有著重要影響。
光伏玻璃是由超白玻璃原片進(jìn)行深加工制成。超白玻璃是一種超透明低鐵玻璃，也稱低鐵玻璃、高透明玻璃，具有自爆率低、顏色一致性、可見光透過率高、通透性好、紫外線透過率低等優(yōu)點(diǎn)。目前，光伏玻璃對石英砂的質(zhì)量要求主要體現(xiàn)在鐵含量、鈦含量、粒度、難熔重礦物四個(gè)方面。
光伏玻璃中要求石英砂的含鐵量不超過100ppm；石英砂中的含鈦氧化物會(huì)使玻璃著色，降低玻璃的透光性率和透明性，光伏玻璃中要求石英砂的含鈦量不超過300ppm；石英砂的粒度大小及級配會(huì)影響光伏玻璃的質(zhì)量，粒度要求為0.71-0.104mm，且0.104mm以下占比不超過5%；石英砂中含有部分鉻鐵礦、鋯英石，屬于難熔重礦物，容易在光伏玻璃上形成結(jié)石，對后期成品加工產(chǎn)生影響。所以，光伏玻璃用石英砂對于難熔重礦物的總量要求≤5ppm（以Cr2O3計(jì)），單個(gè)顆粒直徑≤0.25mm。
根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2023年我國光伏壓延玻璃累計(jì)產(chǎn)量2478.3萬t，每生產(chǎn)一噸光伏玻璃大約需要0.71噸低鐵石英砂，因此需消耗約1760萬t石英砂。在“雙碳”目標(biāo)推動(dòng)下，全球光伏新增裝機(jī)將繼續(xù)發(fā)展，光伏玻璃需求仍將呈現(xiàn)逐年增加態(tài)勢。
總結(jié)
石英砂在光伏行業(yè)工業(yè)硅、石英坩堝和光伏玻璃等環(huán)節(jié)發(fā)揮著不可替代的作用。光伏產(chǎn)業(yè)鏈的不同環(huán)節(jié)對石英砂的應(yīng)用要求也不同，因此必須對石英原料進(jìn)行選擇與判別。隨著全球?qū)稍偕苜Y源的需求不斷增長，光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，光伏裝機(jī)量不斷高增，光伏行業(yè)對石英砂的需求也迎來了快速增長。
參考來源：
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[2]時(shí)波等.光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈思考未來智庫.
[3]王雅婷.單晶硅生長用石英坩堝的組成與結(jié)構(gòu)特征
[4]吳逍.太陽能光伏玻璃生產(chǎn)中原料的控制
[5]孫紅娟.光伏產(chǎn)業(yè)鏈三種不同石英原料的判別與加工
[6]汪靈.光伏石英坩堝用高純石英砂及其制造關(guān)鍵技術(shù)
[7]中國粉體網(wǎng)；人民日報(bào)；中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)等
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/九思）
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