中国粉体网讯 石英坩埚具有耐高温、使用时间长、高纯度等特点，是太阳能拉制单晶硅棒的辅助性耗材。
光伏单晶对石英坩埚的品质需求
光伏直拉单晶对于坩埚的品质需求
在光伏行业中，石英坩埚中杂质元素含量过高时，石英坩埚在高温状态下容易析晶；Al含量过高时，会影响拉制单晶硅的纯度；K、Na、Li等碱金属元素含量超标时，将导致石英坩埚的软化点大幅下降，造成坩埚坍塌，使拉晶无法进行。普通坩埚使用后内表面气泡较多，使用中内表面气泡不断破裂，直接污染硅熔体、影响单晶拉制。气泡破裂现象随着时间的增加愈加严重，无法满足长时间拉晶的需要。高品质坩埚使用后内表面基本无气泡，使用中内表面气泡破裂现象极少，为长时间连续拉晶提供保障。因此，石英坩埚工艺技术一直向“长寿命、低成本、大尺寸、高纯度”方向发展，以满足其在光伏直拉单晶制造中的需求。
坩埚关键性能对石英砂的需求
高纯石英砂是石英坩埚核心原材料，其纯度显著影响拉晶效果。
石英坩埚的原材料是高纯石英砂，石英坩埚一般分为内外双层（或三层）结构，石英砂的纯度会直接影响硅棒拉晶质量。中外层洁净度要求较低，目前内层用高纯石英砂是供给侧最大短板。业内常见分层比例为 3：4：3，即单个石英坩埚内层砂占比三成，中层砂占比四成，外层砂占比三成。内层石英砂因为直接接触晶液，如果纯度不足，则会出现杂质析出至晶体影响晶体纯度情况。
石英砂品质对坩埚品质的影响
石英坩埚的寿命是其综合品质的体现，其中，纯度保证了坩埚不会形成太厚的析晶层，高温强度保证了坩埚长时间运行不变形塌边，透明层品质保证了拉晶过程的顺畅、不断线。而石英砂的纯度、羟基含量、气液包裹体及石英砂的粒度都等影响着石英坩埚的品质。
石英坩埚对石英砂的品质要求
石英砂杂质含量
石英砂原料杂质含量高会导致坩埚破裂及影响单晶生长。如果Na、K、Li、Ca等杂质元素含量高，会促使坩埚析晶，使坩埚失透和变形，影响坩埚的力学性能、电阻分布，造成坩埚塌陷。另外，过渡金属（Cr、Cu、Fe等）含量过高时，会使石英坩埚产生色斑或引起高温变色，影响光透过率。
石英砂的羟基及气液包裹体含量
石英坩埚中的羟基缺陷会破坏Si-O键，导致其结构疏松度增加，化学稳定性降低。石英砂中的气液包裹体在高温熔制石英玻璃的过程中H2O能与SiO2熔体发生反应，使得羟基含量增高，造成气泡增加。
如果坩埚内层的微气泡比较多，拉晶高温下就会膨胀，把内层拱破，颗粒就进入硅液当中，造成硅棒断棱，影响拉晶成晶率；同时，气体进入硅液形成导致后期的硅片报废。
石英砂的粒度分布
不同类型的石英原料的嵌布粒度特征存在明显的差异，这与矿床成因密切相关。如脉石英的嵌布粒度主要受成矿环境制约和岩浆活动影响，常常共生有白云母等铝硅酸盐矿物，这些矿物的嵌布粒度大小直接影响石英的单体解离度，当粉碎颗粒粒度小于石英时，脉石矿物才能从连生体中解离出来。
总之，现阶段，单晶技术要求石英坩埚朝着长寿命、大尺寸、低成本、高纯度及品质一致性的方向发展，这就要求其原材料高纯石英砂的颗粒分布均匀、纯度高、且一致性好。2024年8月9日，由中国粉体网主办的“2024（第二届）全国集成电路及光伏用高纯石英材料产业发展大会”将在江苏盐城召开，包头卓宇科技有限公司总经理、石英材料资深专家韩东博士将做《从单晶需求浅谈坩埚用石英砂的发展》的报告，届时，他将深度解读单晶技术发展对坩埚的要求、解决方案以及坩埚关键性能对于石英砂的需求。
参考来源：
韩东.单晶石英坩埚对石英砂原料的需求分析
孙红娟.坩埚用石英砂的工艺特征及高纯石英砂制备技术
王向东.光伏直拉单晶对于石英坩埚及石英砂的产业化需求
石星宇.连续拉晶下石英坩埚内气泡变化规律及晶棒的性能研究
（中国粉体网编辑整理/初末）
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