近日，由中國(guó)國(guó)檢測(cè)試控股集團(tuán)股份有限公司等單位起草的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝高純內(nèi)層砂》公開(kāi)征求意見(jiàn)。
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝內(nèi)層制造用高純石英砂的術(shù)語(yǔ)和定義，分類、要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存。
該標(biāo)準(zhǔn)適用于光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝制造中內(nèi)層用高純石英砂，包括天然石英礦或水晶等通過(guò)加工、提純等生產(chǎn)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(xué)方法制備的合成石英砂。
該標(biāo)準(zhǔn)的具體要求如下：
1、外觀
標(biāo)準(zhǔn)要求：應(yīng)無(wú)肉眼可見(jiàn)的雜點(diǎn)和色點(diǎn)。
外觀是初步判斷石英砂質(zhì)量的最直觀的檢驗(yàn)方法，雜點(diǎn)、色點(diǎn)多的石英砂通常情況下雜質(zhì)元素含量較高。
2、燒失量
標(biāo)準(zhǔn)要求：應(yīng)不大于0.03%。
燒失量是衡量石英砂中吸附水、碳酸鹽、有機(jī)物以及其他易揮發(fā)性物質(zhì)含量的重要指標(biāo)。通過(guò)測(cè)定燒失量，可以評(píng)估石英砂的純度和質(zhì)量，確保其滿足石英坩堝正常生產(chǎn)應(yīng)用的需求。
光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝內(nèi)層砂燒失量過(guò)高，氣液包裹體含量高，會(huì)導(dǎo)致石英坩堝內(nèi)壁產(chǎn)生氣泡、雜質(zhì)等缺陷，除了影響坩堝的使用壽命，還會(huì)增加單晶硅生產(chǎn)的材料成本和加工成本，內(nèi)壁氣泡在高溫下會(huì)導(dǎo)致氣體和雜質(zhì)從坩堝內(nèi)釋放到熔體中，擾亂單晶硅的生長(zhǎng)過(guò)程，影響晶體的純度和質(zhì)量，氣泡有可能導(dǎo)致硅棒出現(xiàn)“斷線”問(wèn)題，增加硅棒的缺陷，從而降低單晶硅的成晶率。
3、雜質(zhì)元素含量。
標(biāo)準(zhǔn)要求：天然砂17種雜質(zhì)元素（（Al、Fe、Ca、Mg、Ti、Cu、Co、Ni、Mn、Li、Na、K、B、Cr、P、Ba、Zr）總含量應(yīng)不大于18µg/g，其中，鋰、鈉、鉀總和應(yīng)不大于1.5µg/g；合成砂17種雜質(zhì)元素總含量應(yīng)不大于2µg/g，其中，鋰、鈉、鉀總和應(yīng)不大于0.5µg/g。
光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝內(nèi)層砂雜質(zhì)元素含量過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生很多危害，具體有：（1）影響石英坩堝的熱學(xué)特性：堿金屬雜質(zhì)如Li、Na、K等會(huì)影響石英坩堝的耐溫性，降低其熔點(diǎn)，導(dǎo)致高溫性能變差。
?。?）石英坩堝內(nèi)壁會(huì)產(chǎn)生氣泡和色斑等缺陷：雜質(zhì)含量高會(huì)導(dǎo)致石英坩堝產(chǎn)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(zhì)含量過(guò)高，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響石英坩堝的成型過(guò)程。
?。?）產(chǎn)生析晶：如果石英坩堝內(nèi)表面雜質(zhì)含較高，會(huì)形成異常的破壞性析晶，產(chǎn)生的顆粒進(jìn)入硅液中也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的斷線，如果析晶靠近內(nèi)表面，局部的析晶殼層過(guò)厚則極易脫落，甚至導(dǎo)致單晶拉制無(wú)法繼續(xù)。
?。?）石英坩堝內(nèi)壁易形成腐蝕坑和漏硅風(fēng)險(xiǎn)：如果雜質(zhì)濃度更高，會(huì)形成一個(gè)腐蝕坑，硅液會(huì)順著坑和縫隙不斷向外腐蝕，最終產(chǎn)生漏硅的風(fēng)險(xiǎn)。
?。?）影響單晶硅棒的性能和質(zhì)量：石英坩堝內(nèi)表層的雜質(zhì)會(huì)擴(kuò)散到硅液中，進(jìn)而影響到單晶硅棒的導(dǎo)電性。
?。?）增加生產(chǎn)成本：由于單晶硅片對(duì)純度要求高，且單次拉晶成本較高，石英坩堝的質(zhì)量問(wèn)題會(huì)造成單根單晶硅棒報(bào)廢，增加生產(chǎn)成本。
因此，控制石英坩堝內(nèi)層砂的雜質(zhì)元素含量對(duì)于保證單晶硅生長(zhǎng)的質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本至關(guān)重要。
4、二氧化硅含量（減量法）
標(biāo)準(zhǔn)要求：二氧化硅含量應(yīng)不小于99.9980%。
石英砂的二氧化硅含量是一個(gè)綜合性的質(zhì)量指標(biāo)，它能夠更全面地反映石英砂的質(zhì)量和適用性，在石英行業(yè)中被廣泛用作表征石英砂質(zhì)量的主要參數(shù)。
光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝內(nèi)層砂二氧化硅含量高，雜質(zhì)元素含量少，是保證石英坩堝質(zhì)量穩(wěn)定性以及坩堝使用壽命的重要因素，也是確保單晶硅生長(zhǎng)質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和降低成本的關(guān)鍵因素。因此，規(guī)定光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝內(nèi)層砂二氧化硅含量應(yīng)不小于99.9980%。
5、粒形
標(biāo)準(zhǔn)要求：粒形為近球形或不規(guī)則形狀，費(fèi)雷特最長(zhǎng)直徑大于50µm的顆粒中，長(zhǎng)寬比大于2:1的顆粒數(shù)應(yīng)不大于5.0%。
光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝內(nèi)層砂粒形的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）坩堝強(qiáng)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(guān)系到石英坩堝的強(qiáng)度和高溫下的穩(wěn)定性。粒形均勻、大小適中的石英砂能夠提高石英坩堝的機(jī)械強(qiáng)度，減少在高溫下的形變和破裂風(fēng)險(xiǎn)，從而延長(zhǎng)坩堝的使用壽命。
（2）單晶硅生長(zhǎng)質(zhì)量：石英砂的粒形影響坩堝內(nèi)壁的光滑度和均勻性，這直接關(guān)系到單晶硅生長(zhǎng)的質(zhì)量。粒形均勻的石英砂有助于形成光滑的坩堝內(nèi)壁，減少晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的缺陷，提高單晶硅的品質(zhì)。
（3）氣泡和氣液包裹體：石英砂中的氣泡和氣液包裹體含量會(huì)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(zhǎng)過(guò)程中氣泡破裂釋放的微顆粒和氣體，避免對(duì)硅熔體造成污染。
?。?）雜質(zhì)元素含量：石英砂的粒形也會(huì)影響其純度，因?yàn)椴煌Ｐ蔚氖⑸霸谔峒冞^(guò)程中的效率可能不同。粒形均勻的石英砂更容易進(jìn)行提純，減少雜質(zhì)含量，這對(duì)于保證單晶硅的純度至關(guān)重要。
?。?）羥基含量：石英砂中的羥基含量會(huì)影響石英坩堝的耐高溫性能。粒形均勻的石英砂可以通過(guò)優(yōu)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(duì)于保證單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中的溫度和速度控制至關(guān)重要，直接影響到單晶硅的質(zhì)量和產(chǎn)量。
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