中國粉體網訊 隨著全球光伏裝機量持續高增長，中國新增裝機量保持首位，“雙碳”目標驅動之下，石英坩堝及高純石英砂需求或將迎來快速增長。
2023年9月15日，中國粉體網聯合東海縣人民政府于東海縣嘉臣國際大酒店舉辦了“2023全國集成電路及光伏用高純石英材料產業發展大會”。會議期間，我們邀請到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做客“對話”欄目，圍繞光伏行業用高純石英砂進行訪談交流。
光伏行業用高純石英砂的需求特點
余學功教授表示目前高純石英砂在光伏領域的應用呈現兩個主要趨勢：高純度、低成本。據余學功教授介紹，單晶硅發展趨向RCZ復投料/CCZ連續投料，高晶棒品質(高少子壽命、低氧濃度)，以及整棒率、成晶率提升等，對于坩堝宏觀性能要求則趨向大尺寸、長壽命、高純度等。相應的對高純石英砂的純度提出了更高要求。高純石英砂的純度直接影響石英坩堝的壽命。
另一方面，光伏行業呈現的一大特點是低成本。單晶硅發展趨向低非硅成本，要求坩堝低造價，高純石英砂低成本。目前石英坩堝在光伏產業中成本占比可能在的5%左右，如果價格進一步增加，會導致光伏電池的成本增加。
光伏行業用高純石英砂的制備難點
在談及高純石英砂對于石英坩堝的具體影響時，余教授重點強調了兩點：純度與壽命，而且這兩者存在一定關系。純度越高、壽命越長，但是壽命不僅僅決定于純度。
石英砂對坩堝壽命的影響因素主要是雜質，包括金屬雜質、羥基、氣液包裹體。
雜質Li、Na、K、Ca、Mg等在高溫下會促進石英坩堝析晶，降低其使用壽命。
-OH會降低石英坩堝的軟化點，影響坩堝拉晶壽命。此外，石英在熔融狀態下粘度高，石英砂中的氣液包裹體會聚集形成氣泡并難以排出，因而導致石英制品中形成氣泡。
如果坩堝雜質含量高的話，特別是金屬雜質擴散到硅液中，會降低少子壽命，影響單晶硅的質量。
據余教授介紹，目前國產石英礦含有較高的金屬雜質含量和氣液包裹體，高純石英砂制備技術存在的難點也比較多。目前石英坩堝用高純石英砂還是以進口為主，中外層主要從印度進口，內層主要從尤尼明進口。現在尤其內層砂緊缺，美國也在禁止出口。雖然國內現有高純石英砂也可以做坩堝，但是壽命相對比較短，相應產品質量也差一些。
國產替代，如何解局？
對于目前石英坩堝的發展，余教授表示其需求隨著光伏產業的發展在不斷增長。如果隨著光伏、單晶硅技術的發展，國產高純石英砂尤其是內層砂解決不掉，產業鏈后端的疼痛感會越來越強，屆時還是要回到源頭解決問題。
此外，余教授表示對于單晶硅拉制，目前還沒有一種材料可以替代石英制作坩堝。雖然很多年前有人做過一段時間的氮化硅坩堝，但是效果并不太好。
可以說，石英坩堝用高純石英砂尤其是內層砂的國產化替代刻不容緩。余教授表示可以從三個方面加強：
第一，采用天然礦石提純技術路線。這需要重點突破提純技術，降低雜質含量及氣液包裹體。據了解，余教授及其團隊與浙江潤優新材料科技有限公司合作，實現＞4N8高純石英砂的穩定制備，但Ti雜質比較高，需要進一步突破。
當雜質和氣液包裹體的高效去除技術進一步提升，則坩堝對現有礦源的要求就會降低。
第二，找優質礦源。從國內或者周邊國家找尋高品質的礦源，這樣雜質、氣液包裹體相對比較容易剔除。
第三，做合成高純石英砂。合成高純石英砂是采用含硅原料通過化學合成方法制備而成，純度可達6N-7N。目前國內合成超高純石英砂尚未實現產業化。
小結
余教授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。目前其所在實驗室重點研究方向包括大尺寸硅片、碳化硅在內的先進半導體以及集成電路的原輔材料。輔助材料里邊很重要的一點就是高純二氧化硅。
余教授表示國內高純二氧化硅的提純技術發展起步相對較晚。面對現有需求，余教授表示需進一步開發適用于國產石英砂的Al、Ti以及堿金屬等雜質和氣液包裹體的高效去除技術；需進一步開發合成6N以上純度的超高純石英砂的穩定制備技術，并進一步降低制備成本。
（中國粉體網編輯整理/黑金）
