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“卷生卷死”的光伏降本关键一环:石英坩埚
发布日期:2025-12-05 11:09    点击次数:152

如今正在面临放缓甚至下行压力的光伏市场,因光伏行业“反内卷”及行业自律的推进,随着综合治理低价无序竞争、推动落后产能的退出,近期硅料、硅片价格已趋于稳定并小幅上涨。

在光伏产业链中,石英坩埚作为单晶硅棒拉制过程中的关键耗材,虽然成本仅占硅片总成本的约2%,却对产品质量与生产成本有着至关重要的影响。

1石英坩埚贵在哪?

石英坩埚是直拉法单晶硅生产工艺重要部件,是稀缺的兼具材料壁垒和技术壁垒的消耗属性部件。石英坩埚最大的特点是其为单晶炉直拉法生产硅棒环节中,唯一直接接触原材料硅料的部件,石英坩埚的品质问题很可能会导致拉晶失贤,给硅片厂商带来资金不及时的损失,因此下游厂商对石英坩埚十分重视。

石英坩埚的品质由材料壁垒和技术壁垒共同决定:

1)材料方面,石英坩埚对高纯石英砂的纯度有很高的要求,防止杂质扩散戒由二杂质导致坩埚析晶、产生微气泡,这些均会影响直拉单晶硅棒的品质和成功率。

2)技术方面,石英坩埚的发展趋势要求企业可以生产直径更大、更厚、更耐用的高品质坩埚,同时在坩埚一致性,原材料降本提纯方面也对企业产生了新的要求,这些均需要新的工艺及设备支持。最后由于物理特性(多次使用会高温析晶、微气泡、影响纯度)坩埚无法长期使用,需要更换,因此具备稀缺的消耗品属性。

2石英坩埚的重要性

石英坩埚对光伏产业链的重要性体现在多个方面,其技术壁垒主要集中在材料纯度、工艺控制和高温性能上。

纯度要求极高

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。

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更要求小于17ppm。

不同类型硅片对坩埚要求不同

随着光伏产业链对降本增效的需求不断增强,N型硅片有望在未来几年加速渗透。根据CPIA数据预计,2025年N型硅片渗透率有望达到59%。

N型硅片加速渗透对石英砂提出了更高要求。传统P型硅片的坩埚提拉次数为5次,而N型硅片对硅棒纯度有更高的要求,坩埚拉晶次数将减少至3次。

P型硅片用光伏石英坩埚寿命约350小时,N型硅片用光伏石英坩埚寿命仅250小时左右。P型单晶转为N型单晶的趋势,将有力拉动高端石英材料市场增长。

3大尺寸与长寿命

今年,内蒙古欧晶科技股份有限公司“面向能源电子的大尺寸、长寿命合成石英坩埚”成果产业化已进入尾声阶段。该成果聚焦于光伏产业发展方向,横跨合成石英材料、制品制备及单晶硅制程三大生产行业,涉及石英坩埚产品和光伏用单晶硅棒两个技术热点,实现大尺寸、长寿命合成石英坩埚制备技术突破。

该成果有效降低石英坩埚在拉晶环节的非硅成本占比,促进光伏产业“降本增效”,提高下游拉晶环节工作效率,实现“一次投料、多次产出;单个坩埚,多次拉晶”的产业变革需求,满足国内各光伏重量级企业的持续稳定投入,助力光伏产业升级。

4技术新讨论:“掺铝”

在光伏高纯石英砂制造领域,金属杂质管控向来是行业重点,而光伏坩埚的特殊应用需求,推动着材料技术不断突破。行业专家指出,铝元素在光伏坩埚用砂中并非传统认知里的 “杂质”,而是通过 “功能化改性” 提升材料性能的关键要素。其核心原理在于铝氧键键能高于硅氧键,适量引入可显著增强石英坩埚的高温结构稳定性,为光伏坩埚使用寿命延长提供有力支撑。

我国现行标准明确光伏坩埚外层砂铝含量限值为 20ppm,为 “掺铝” 工艺规范应用提供了明确依据。国际研究也为该工艺的科学性提供了权威支撑 ——2024 年挪威石英公司与挪威科技大学在《RSC Advances》发表的研究显示,20ppm 左右的铝添加量可使石英玻璃高温粘度达到峰值,同时通过形成氧空位有效阻碍方石英结晶,进一步验证了 “掺铝” 工艺在提升材料性能上的积极作用,为行业技术创新提供了科学参考。

此次行业对 “掺铝” 工艺的深入探讨,也让产业链协同创新的重要性愈发凸显。业内人士表示,石英坩埚质量受砂料品质、拉晶用多晶硅纯度、热场系统稳定性、温度与真空度控制精度等多重因素影响,需全产业链共同参与,才能实现材料性能与生产应用的精准匹配。事实上,行业实践早已证明,光伏坩埚用砂并非铝含量越低越好,而是需要在性能与风险间找到最佳平衡点,这一平衡的探索离不开上下游企业的紧密协作。

基于此,行业专家积极建言,应构建覆盖小试、中试到量产的全流程验证标准,明确各阶段技术指标与测试方法,确保新材料、新工艺在产业化过程中稳步推进。同时,建立 “材料 - 工艺 - 设备” 联动的产业链技术协作机制至关重要。“最佳铝掺杂量” 的确定,需要砂厂与坩埚企业通过联合实验共同摸索,这种协作还应延伸至设备厂商、生产企业等各环节,形成全链条技术验证体系,为材料创新落地提供制度保障。

2026第六届安徽国际石英产业大会暨硅基材料展览会

近年来,石英材料作为半导体、光伏、光通信、航空航天等战略性新兴产业的关键基础材料,其市场需求持续增长,行业也正处于快速发展与结构转型的关键时期。 目前,石英行业呈现出明显的结构性分化。在光伏领域,由于前期产能扩张迅速,面临阶段性供需失衡,部分企业利润承压。与之形成对比的是,半导体、光纤通信领域对高纯石英材料的需求持续旺盛,成为行业盈利的核心支撑。

因此,突破高端产品技术壁垒、实现半导体石英器件的国产化替代、以及满足终端应用不断变化的新需求,已成为全行业共同关注的焦点。在此背景下,弘燊石英产业大会特此举办“2026第六届安徽国际石英产业大会”。大会热诚欢迎国内石英业界专家学者、企业代表、技术人员积极参会。

◐时间:2026年3月18日(3月17日报到)

◐地点:安徽合肥



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