光伏石英坩堝是硅片生產(chǎn)中的重要耗材，對(duì)硅片產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響。

石英坩堝是單晶爐內(nèi)用于裝放高溫硅熔液的器皿，石英坩堝在多次加熱拉晶完成后即報(bào)廢，需要重新購(gòu)置新的石英坩堝用于下次拉晶，因此其是直拉法制造單晶硅片的重要耗材。

石英坩堝具有雙層結(jié)構(gòu)：

內(nèi)層與硅溶液直接接觸，其品質(zhì)影響最終的硅片產(chǎn)量和質(zhì)量，對(duì)原材料純度要求較高，一般采用進(jìn)口石英砂；

外層主要用于散熱，一般采用國(guó)產(chǎn)石英砂。

石英坩堝產(chǎn)業(yè)上游為高純石英砂，下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，以半導(dǎo)體和光伏為主，其中光伏市場(chǎng)需求增長(zhǎng)較為迅猛。

石英坩堝是裝放高溫狀態(tài)下的硅原料（工作中處于熔化狀態(tài)的硅液）的石英器件，是光伏硅片生產(chǎn)過(guò)程中的重要耗材，廣泛用于光伏及半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)行業(yè)。

一只 36 寸坩堝有多重，需要消耗石英砂 100 公斤，使用壽命約 400 小時(shí)，一個(gè)爐子每個(gè)月用 2 個(gè)坩堝。

圖表：石英坩堝投料示意圖

石英坩堝可主要分為方形和圓形兩類，其中方形石英坩堝用于多晶硅錠鑄造環(huán)節(jié)，圓形石英坩堝則用在單晶硅棒拉制環(huán)節(jié)。石英坩堝是拉制單晶硅棒不可或缺的耗材，且具有較強(qiáng)的消耗品屬性。根據(jù)CPIA《中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖（2021年）》報(bào)告，2021年，單晶硅片市場(chǎng)占比約94.5%，CPIA預(yù)計(jì)未來(lái)多晶硅片市場(chǎng)份額將進(jìn)一步下降。光伏用硅片原料單晶硅生產(chǎn)有懸浮區(qū)熔法和直拉法，為了降低成本，大直徑的單晶硅（200mm以上）基本通過(guò)直拉法生產(chǎn)。在直拉法中，將多晶硅原料放置于石英坩堝內(nèi)加熱熔融狀硅熔體，拉桿帶動(dòng)籽晶下降使其接觸硅熔體，然后緩慢地向上提拉籽晶從而形成硅單晶棒。石英坩堝在硅片生產(chǎn)中消耗量大，石英坩堝在晶體拉制過(guò)程處于高溫作業(yè)，硅料融化后會(huì)侵蝕坩堝本身，因而坩堝具備較強(qiáng)的消耗品屬性特征，每拉制一爐單晶硅即需要更換一個(gè)石英坩堝。圖表：石英坩堝在下游產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

石英坩堝具有多層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外壁氣泡含量不同，石英坩堝的原材料純度、耐溫、耐久性等是單晶品質(zhì)的重要影響因素。石英坩堝為半透明狀，分為外層，也叫氣泡復(fù)合層（不透明層，氣泡含量較多），以及中內(nèi)層，也叫氣泡空乏層（真空透明層，不含氣泡，3~5mm）兩層結(jié)構(gòu)。外層需要把來(lái)自加熱器的熱量均勻散射，所以需要規(guī)定數(shù)量和大小的氣泡，從而對(duì)硅熔體均勻加熱；中內(nèi)層是一層3-5mm的透明層，成為氣泡空乏層，對(duì)高純石英砂高純、低鋁、低堿、抗析晶的要求更高。石英坩堝的內(nèi)壁因?yàn)榕c硅熔體接觸，在高溫狀態(tài)下，若內(nèi)壁存在氣泡，氣泡會(huì)由于硅熔體侵蝕而破裂，破裂的碎片如果溶于硅熔體中，將直接影響到硅的成晶（整棒率、成晶率、加熱時(shí)間、直接加工成本等）以及單晶硅的質(zhì)量（穿孔片、黑芯片等）。圖表：石英坩堝雙層結(jié)構(gòu)示意圖

作為唯一與硅溶液直接接觸的材料，石英坩堝的質(zhì)量對(duì)硅單晶的品質(zhì)有很大影響。譬如石英坩堝內(nèi)壁氣泡的含量、石英坩堝的純度、石英坩堝的耐高溫變形性能等。拉晶的過(guò)程中，石英坩堝內(nèi)部的羥基、雜質(zhì)元素和氣泡的含量將會(huì)影響硅棒的質(zhì)量和石英坩堝的使用壽命，其中工藝路線能夠改善羥基的含量，但雜質(zhì)與氣泡的含量更多依賴于石英砂本身的純度。采用高純石英砂對(duì)于石英坩堝的性能至關(guān)重要，天然石英砂則雜質(zhì)含量過(guò)多，會(huì)影響晶體的生長(zhǎng)。目前，石英坩堝的供給擴(kuò)大受到上游原材料高純石英砂的限制，高純石英砂整體供應(yīng)量遠(yuǎn)不及全球光伏行業(yè)的發(fā)展速度。

高純石英砂緊缺會(huì)導(dǎo)致硅片企業(yè)逐步降低內(nèi)層砂的使用比例，拉晶效率、硅片品質(zhì)也會(huì)有所降低，同時(shí)坩堝的使用壽命有所下降將導(dǎo)致非硅成本上漲。

來(lái)源：石英石網(wǎng)

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