近日，由中國國檢測試控股集團股份有限公司等單位起草的國家標準《光伏單晶硅生長用石英坩堝高純內層砂》公開征求意見。
該標準規定了光伏單晶硅生長用石英坩堝內層制造用高純石英砂的術語和定義，分類、要求、試驗方法、檢驗規則、標志、包裝、運輸和貯存。
該標準適用于光伏單晶硅生長用石英坩堝制造中內層用高純石英砂，包括天然石英礦或水晶等通過加工、提純等生產工藝制備的天然石英砂，以及以高純含硅化合物為原料、采用物理、化學方法制備的合成石英砂。
該標準的具體要求如下：
1、外觀
標準要求：應無肉眼可見的雜點和色點。
外觀是初步判斷石英砂質量的最直觀的檢驗方法，雜點、色點多的石英砂通常情況下雜質元素含量較高。
2、燒失量
標準要求：應不大于0.03%。
燒失量是衡量石英砂中吸附水、碳酸鹽、有機物以及其他易揮發性物質含量的重要指標。通過測定燒失量，可以評估石英砂的純度和質量，確保其滿足石英坩堝正常生產應用的需求。
光伏單晶硅生長用石英坩堝內層砂燒失量過高，氣液包裹體含量高，會導致石英坩堝內壁產生氣泡、雜質等缺陷，除了影響坩堝的使用壽命，還會增加單晶硅生產的材料成本和加工成本，內壁氣泡在高溫下會導致氣體和雜質從坩堝內釋放到熔體中，擾亂單晶硅的生長過程，影響晶體的純度和質量，氣泡有可能導致硅棒出現“斷線”問題，增加硅棒的缺陷，從而降低單晶硅的成晶率。
3、雜質元素含量。
標準要求：天然砂17種雜質元素（（Al、Fe、Ca、Mg、Ti、Cu、Co、Ni、Mn、Li、Na、K、B、Cr、P、Ba、Zr）總含量應不大于18µg/g，其中，鋰、鈉、鉀總和應不大于1.5µg/g；合成砂17種雜質元素總含量應不大于2µg/g，其中，鋰、鈉、鉀總和應不大于0.5µg/g。
光伏單晶硅生長用石英坩堝內層砂雜質元素含量過高，會產生很多危害，具體有：（1）影響石英坩堝的熱學特性：堿金屬雜質如Li、Na、K等會影響石英坩堝的耐溫性，降低其熔點，導致高溫性能變差。
?。?）石英坩堝內壁會產生氣泡和色斑等缺陷：雜質含量高會導致石英坩堝產生氣泡和色斑等缺陷，降低石英坩堝的透明度。
?。?）影響石英坩堝成型：雜質含量過高，嚴重時還會影響石英坩堝的成型過程。
?。?）產生析晶：如果石英坩堝內表面雜質含較高，會形成異常的破壞性析晶，產生的顆粒進入硅液中也會產生嚴重的斷線，如果析晶靠近內表面，局部的析晶殼層過厚則極易脫落，甚至導致單晶拉制無法繼續。
?。?）石英坩堝內壁易形成腐蝕坑和漏硅風險：如果雜質濃度更高，會形成一個腐蝕坑，硅液會順著坑和縫隙不斷向外腐蝕，最終產生漏硅的風險。
?。?）影響單晶硅棒的性能和質量：石英坩堝內表層的雜質會擴散到硅液中，進而影響到單晶硅棒的導電性。
?。?）增加生產成本：由于單晶硅片對純度要求高，且單次拉晶成本較高，石英坩堝的質量問題會造成單根單晶硅棒報廢，增加生產成本。
因此，控制石英坩堝內層砂的雜質元素含量對于保證單晶硅生長的質量、降低生產成本至關重要。
4、二氧化硅含量（減量法）
標準要求：二氧化硅含量應不小于99.9980%。
石英砂的二氧化硅含量是一個綜合性的質量指標，它能夠更全面地反映石英砂的質量和適用性，在石英行業中被廣泛用作表征石英砂質量的主要參數。
光伏單晶硅生長用石英坩堝內層砂二氧化硅含量高，雜質元素含量少，是保證石英坩堝質量穩定性以及坩堝使用壽命的重要因素，也是確保單晶硅生長質量、提高生產效率和降低成本的關鍵因素。因此，規定光伏單晶硅生長用石英坩堝內層砂二氧化硅含量應不小于99.9980%。
5、粒形
標準要求：粒形為近球形或不規則形狀，費雷特最長直徑大于50µm的顆粒中，長寬比大于2:1的顆粒數應不大于5.0%。
光伏單晶硅生長用石英坩堝內層砂粒形的影響主要體現在以下幾個方面：
?。?）坩堝強度和壽命：石英砂的粒形影響其堆積密度和顆粒間的接觸面積，這直接關系到石英坩堝的強度和高溫下的穩定性。粒形均勻、大小適中的石英砂能夠提高石英坩堝的機械強度，減少在高溫下的形變和破裂風險，從而延長坩堝的使用壽命。
?。?）單晶硅生長質量：石英砂的粒形影響坩堝內壁的光滑度和均勻性，這直接關系到單晶硅生長的質量。粒形均勻的石英砂有助于形成光滑的坩堝內壁，減少晶體生長過程中的缺陷，提高單晶硅的品質。
?。?）氣泡和氣液包裹體：石英砂中的氣泡和氣液包裹體含量會影響石英坩堝在高溫下的性能。粒形均勻的石英砂有助于減少氣泡和氣液包裹體的含量，從而減少在單晶硅生長過程中氣泡破裂釋放的微顆粒和氣體，避免對硅熔體造成污染。
?。?）雜質元素含量：石英砂的粒形也會影響其純度，因為不同粒形的石英砂在提純過程中的效率可能不同。粒形均勻的石英砂更容易進行提純，減少雜質含量，這對于保證單晶硅的純度至關重要。
?。?）羥基含量：石英砂中的羥基含量會影響石英坩堝的耐高溫性能。粒形均勻的石英砂可以通過優化的工藝路線減少羥基含量，提高坩堝的耐高溫性能，減少在高溫下的軟化和變形。
?。?）坩堝的均勻性和一致性：粒形一致的石英砂有助于制造出均勻性和一致性更好的石英坩堝，這對于保證單晶硅生長過程中的溫度和速度控制至關重要，直接影響到單晶硅的質量和產量。
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