中國粉體網訊 光伏人常說，生產制造之路，從一粒沙開始。大自然中常見的沙子、鵝卵石，主要成分都是二氧化硅，也就是光伏產業鏈主要的原料來源。當然，在實際生產中，光伏行業所使用的是硅礦，硅礦再進一步加工得到單晶硅、多晶硅、高純石英砂以及低鐵石英砂等光伏原料。
工業硅的原材料：硅礦石
硅礦石是工業硅冶煉最主要的原料，是脈石英、石英巖、石英砂巖等以石英為主礦物的總稱。主要用于制備太陽能發電板的核心組件—單晶硅。工業硅又稱金屬硅，是由硅礦石（主要成分是二氧化硅）、木炭、煤及石油焦等碳質還原劑，經高溫還原反應后生成，工業硅經過進一步提純，可制備成為多晶硅，多晶硅可作拉制單晶硅的原料。
據了解，2023年全球工業硅產能合計約為853.5萬噸，同比增長9.7%，總產能維持增長，但同比增速有所下降。2023年中國工業硅產能占全球總產能比重為82.1%，占比份額進一步提升。2023年，由于全球光伏新增裝機量延續高速增長，多晶硅行業大幅擴產，極大程度上拉動了對工業硅的需求。中國工業硅國內表觀消費量為318.92萬噸，同比增長20.39%，已連續4年實現正增長。
目前晶硅電池在太陽能電池市場中占據主導地位，其中單晶硅電池技術最成熟，性能最穩定，與多晶硅電池相比，它有著更低的缺陷密度和更高的轉換效率，因此受到了人們的廣泛關注 。
石英坩堝的原材料：高純石英砂
高純石英砂是采用天然水晶或優質天然石英石，經過精挑細選、精細加工而成，是石英坩堝核心原材料，而石英坩堝是單晶硅生產的關鍵耗材。
目前，我國用于單晶硅生產的石英坩堝通常采用雙層或三層結構，石英砂的純度會直接影響硅棒拉晶質量。石英砂純度越低，在高溫熔制過程中越容易產生黑點氣泡。用作內層砂時，長時間處于高溫環境下會使石英坩堝內壁所含氣泡受熱釋放，從而影響到單晶硅片生產的穩定性和成功率。目前，坩堝內層使用的高純石英砂純度要求達4N8（大于99.998%），且對氣液包裹體、晶格雜質、穩定性也有較高要求。石英坩堝外涂層、石英管、石英棒、石英舟和石英錠等產品達到4N5（大于99.995%）。
據太平洋證券測算，2023年行業所需石英坩堝數量分別為73、97、146萬只，對應石英坩堝市場空間分別為93、124、186億元，所需石英砂用量分別為7.7、10.3、15.5萬噸。目前用于光伏產業的高純石英砂除坩堝內層砂主要依賴進口外，我國坩堝用外層砂已經實現自給自足，甚至已經出現產能過剩的局面。
據近期硅業分會發布的國內高純石英砂、石英坩堝價格信息顯示，高純石英砂均價與石英坩堝均價雙雙下跌。2024年5月中旬開始，國內高純石英砂市場成交回歸冷淡，硅業分會稱其主要原因為坩堝需求的降低以及價格下降帶來的壓制。
光伏玻璃原材料：低鐵石英砂
光伏玻璃是光伏產業鏈上重要的輔件，也是光伏發電組件中不可替代的組成部分，而石英砂則是生產光伏玻璃的主要原料之一，石英砂的品質對于光伏玻璃的品質有著重要影響。
光伏玻璃是由超白玻璃原片進行深加工制成。超白玻璃是一種超透明低鐵玻璃，也稱低鐵玻璃、高透明玻璃，具有自爆率低、顏色一致性、可見光透過率高、通透性好、紫外線透過率低等優點。目前，光伏玻璃對石英砂的質量要求主要體現在鐵含量、鈦含量、粒度、難熔重礦物四個方面。
光伏玻璃中要求石英砂的含鐵量不超過100ppm；石英砂中的含鈦氧化物會使玻璃著色，降低玻璃的透光性率和透明性，光伏玻璃中要求石英砂的含鈦量不超過300ppm；石英砂的粒度大小及級配會影響光伏玻璃的質量，粒度要求為0.71-0.104mm，且0.104mm以下占比不超過5%；石英砂中含有部分鉻鐵礦、鋯英石，屬于難熔重礦物，容易在光伏玻璃上形成結石，對后期成品加工產生影響。所以，光伏玻璃用石英砂對于難熔重礦物的總量要求≤5ppm（以Cr2O3計），單個顆粒直徑≤0.25mm。
根據國家統計局數據顯示，2023年我國光伏壓延玻璃累計產量2478.3萬t，每生產一噸光伏玻璃大約需要0.71噸低鐵石英砂，因此需消耗約1760萬t石英砂。在“雙碳”目標推動下，全球光伏新增裝機將繼續發展，光伏玻璃需求仍將呈現逐年增加態勢。
總結
石英砂在光伏行業工業硅、石英坩堝和光伏玻璃等環節發揮著不可替代的作用。光伏產業鏈的不同環節對石英砂的應用要求也不同，因此必須對石英原料進行選擇與判別。隨著全球對可再生能資源的需求不斷增長，光伏產業迅速發展，光伏裝機量不斷高增，光伏行業對石英砂的需求也迎來了快速增長。
參考來源：
[1]張亮等.關于高純石英原料礦石地質學評價方法的探討
[2]時波等.光伏發電產業鏈思考未來智庫.
[3]王雅婷.單晶硅生長用石英坩堝的組成與結構特征
[4]吳逍.太陽能光伏玻璃生產中原料的控制
[5]孫紅娟.光伏產業鏈三種不同石英原料的判別與加工
[6]汪靈.光伏石英坩堝用高純石英砂及其制造關鍵技術
[7]中國粉體網；人民日報；中國光伏行業協會等
（中國粉體網編輯整理/九思）
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