中国粉体网讯 石英砂在光伏领域的应用主要分两类，一类是光伏玻璃用低铁砂。一类是光伏用高纯石英砂，主要用来制作石英坩埚。作为光伏产业链中的一个耗材，石英坩埚近两年迎来爆发期，备受关注。
石英坩埚的核心原料：高纯石英砂
据欧晶科技招股说明书测算，高纯石英砂占石英坩埚成本的62%，是最重要的成本组成部分。目前具备不可替代性。
石英坩埚的主要指标包括三个方面：一方面是几何尺寸。几何尺寸体现了精加工水平， 由于单晶生产厂家的热场系统相对固定，因此石英坩埚的几何尺寸有统一要求。另一方面是外观。这部分主要是查看石英坩埚内部大范围的裂纹、斑点、划痕以及石英坩埚透明层气泡等表面的缺陷。再者就是杂质与元素粒子含量、纯度，而这主要源自于石英砂材料。
光伏直拉单晶对于石英砂的品质需求
拉晶的过程中，石英坩埚内部的羟基、杂质元素和气泡的含量将会影响硅棒的质量和石英坩埚的使用寿命。如羟基的存在改变了SiO2的键合结构，致使坩埚的耐温性能大幅降低，影响坩埚强度；杂质的引入对单晶性能和成品率构成直接的影响。当Al含量过高时会对拉制单晶硅的纯度产生影响，当Na、K、Li等元素含量高时会使石英坩埚软化温度降低，当Cu、Mn、Fe等元素含量高时会产生色斑。有害元素总含量高还会产生一些气泡、白斑等缺陷，造成石英坩埚透明度下降，严重时还影响坩埚成形。
我国对石英原料纯度一般是以Al、Fe、Ca、Mg、Ti、Cu、Co、Mn、Ni、Li、Na、K、B13种有害元素来衡量的，要求它们的总和要小于20×10-6，半导体级石英坩埚13种杂质元素含量之和小于17ppm。
《单晶硅生长用石英坩埚》（JC/T 1048-2018）行业标准适用于用高纯石英砂做原料，采用电弧法工艺生产，应用于直拉法生长单晶硅材料的石英坩埚。其中分类，按用途分为太阳能级石英坩埚（T级）和半导体级石英坩埚（B级）。对于石英坩埚的杂质元素含量要求如下：
单晶硅生长用石英坩埚的杂质元素含量要求（单位为微克每克）
整体而言，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。工艺路线能够改善羟基的含量，但杂质与气泡的含量更多依赖于石英砂本身的纯度。
光伏用高纯石英砂提纯技术的挑战
高纯石英原料需经过一系列的提纯工艺最终获得符合应用领域目标要求的高纯石英砂产品，而高纯石英砂所含的杂质特征是影响高纯石英原料提纯的关键因素。
石英中杂质的赋存状态可分为三类: 脉石矿物类杂质、气液包裹体类杂质、类质同象类杂质。其中气液包裹体和晶格内部类质同象杂质是制约高纯石英产品制备的关键性因素，对直拉单晶硅用石英坩埚的质量影响显著。
目前的解决方案是优化氯化焙烧、加压浸出、二次浮选、微波焙烧等深度提纯工艺，以实现高纯度石英砂的稳定制备。但不同石英原料的矿石性质差异较大，提纯受矿石的化学成分、嵌布粒度特征、脉石矿物、包裹体和晶格杂质等性质的影响，是一项复杂的系统工程。目前我国已基本实现4N级石英砂的国产化，但高端品供给能力有所欠缺。
未来，需要开发有效去除Al、Ti以及碱金属等杂质的技术，实现5N以上纯度的高纯石英砂的稳定制备；需要开发进一步去除气液包裹体的技术，实现石英坩埚内层用高纯石英砂的国产替代。
2023年9月15日，中国粉体网联合东海县人民政府将于东海县嘉臣国际大酒店举办“2023全国集成电路及光伏用高纯石英材料产业发展大会”，届时，来自浙江大学硅及先进半导体材料全国重点实验室的余学功教授将作《光伏用高纯石英砂的制备及其坩埚应用》报告，详细讲述石英坩埚在光伏领域中的应用以及光伏用高纯石英砂的制备。
余学功，男，浙江大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，硅材料国家重点实验室副主任，国家杰出青年基金获得者。1999年获浙江大学材料自动化专业学士学位，2004年获得浙江大学半导体材料专业工学博士，2002年10月至2003年9月在日本信州大学学习，2004年10月至2007年10月在德国IHP微电子研究所做博士后，2007年11月至2009年2月在美国北卡州立大学从事助理研究员工作，2009年3月回到浙江大学。目前担任中国光伏行业协会理事、中国可再生能源学会光伏专委会委员、中国电子材料行业协会理化分析专家委员会委员、“十三五”科技部氢能与可再生能源科技专项指南专家、Springer-nature Publisher旗下硅材料专业期刊Silicon的副主编。
主要从事半导体工艺材料的研究，承担/主持国家科技支撑计划重点项目课题、国家重点研发计划课题、国家自然科学基金等项目20多项。曾获国家技术发明二等奖1项、国家自然科学二等奖1项、省科学技术一等奖4项、省科学技术二等奖1项。在国际期刊上发表SCI论文200多篇，引用>3000次；获国家授权发明专利30多项，多项成果实现了产业化应用。
参考资料：
胡泽晨等.石英砂的提纯技术现状及挑战
张海啟等.高纯石英中杂质特征及深度化学提纯技术研究进展
粉体大数据研究
（中国粉体网编辑整理/黑金）
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