作者:胡建云

光伏行业高纯石英砂“掺铝”工艺,核心是通过可控掺杂铝元素优化石英制品(如石英坩埚)性能,适配光伏硅片拉制需求,核心目的是提升坩埚抗析晶能力和高温稳定性。简单说,光伏用高纯石英砂(纯度需达99.998%以上)制成的石英坩埚,在1400℃以上拉制单晶硅时,易发生软化,析晶(生成方石英)导致坩埚开裂、污染硅料。而铝作为掺杂元素,能抑制石英的晶相转变,同时细化晶粒,大幅提升坩埚的高温使用寿命,降低光伏硅片生产的成本和风险。

据了解,工艺关键在于“精准控制”:一是铝掺杂量需严格把控。近日,安徽威克特瑞新材料科技有限公司,与江苏新毅阳高新材料有限公司引发了光伏行业对高纯石英砂“掺铝”工艺的广泛关注。据了解,这场争议表面上是两家企业的商业拉锯,实则揭示了新材料从实验室走向产业化过程中面临的技术边界模糊、验证流程缺失、责任界定不清等系统性问题。在传统工艺中,高纯石英砂中的金属杂质通常被视为负面因素。然而,在光伏石英坩埚这一特殊应用场景中,铝元素的角色正在被重新定义。

据悉,科学研究表明,适量掺铝可通过形成铝氧键增强石英玻璃的高温粘度,抑制方石英结晶,从而提升坩埚在拉晶过程中的结构稳定性与使用寿命。(挪威石英公司与挪威科技大学于2024年在《RSC Advances》上发表的研究进一步证实,20ppm左右的铝含量可使石英玻璃高温性能达到最优)。现中国现行标准亦明确将光伏坩埚外层砂的铝含量限值设定为20ppm,为“掺铝”工艺的合理应用提供了规范依据。

据有关专业人士说,尽管“掺铝”工艺本身具有科学依据,但其在实际应用中的效果仍高度依赖于工艺控制与使用条件。安徽威克特瑞新材料科技有限公司与江苏新毅阳高新材料有限公司就是典型的案例,据威克特瑞方面披露,其在向江苏新毅阳高新材料有限公司供货时曾明确建议外层砂使用比例控制在20%-30%,并提供了详细的技术解决方案。然而,新毅阳在实际生产中将其提高至40%,超出了建议范围。更关键的是,按照行业规范,新砂料在批量使用前应经过小试、中试、大试等系统验证。

单晶硅生长用石英坩埚行业标准明确规定导入新材料时要做型式检验,ISO9001管理体系也明确主材变更要做验证。然而,江苏新毅阳高新材料有限公司被指在未完成任何验证流程的情况下直接批量投产,甚至大幅增加外层料使用比例。 石英坩埚的质量受多重因素影响,包括石英砂品质、用料配比、石英坩埚的制作工艺、多晶硅纯度、热场系统稳定性、温控精度等。将问题简单归咎于“掺铝”工艺,显然忽略了系统的复杂性。据威克特瑞方面提供的销售数据显示,其掺铝外层砂已在多家客户中稳定使用。客户包括占坩埚行业40%业务的龙头企业,上市公司等多家光伏坩埚龙头企业。现掺铝石英砂占整体坩埚外层料市场的45%以上。这充分说明,在规范使用的前提下,“掺铝”工艺具备可行性与可靠性。然而,当材料供应商与坩埚厂商之间缺乏联合实验与数据共享机制时,任何一方的单方面操作都可能放大技术风险。

据有关数据显示,中国光伏产业已在全球占据领先地位,但在新材料、新工艺的产业化衔接上仍存在明显短板。为防范类似问题重演,行业亟需构建贯穿小试、中试到量产的全流程验证标准,明确各环节的技术指标与测试方法。更重要的是,应推动建立跨企业的技术协作平台,由砂厂、坩埚企业、设备商共同参与,通过联合实验确定“最佳掺杂量”与工艺窗口。同时,在出现质量争议时,应引入第三方鉴定机制,开展多维度归因分析,避免出现掺铝必然导致产品质量问题这样明显错误的结论,这抑制企业技术创新的热情,最终会阻碍整体光伏行业的技术进步。

高纯石英砂作为光伏产业链上的关键战略材料,其技术突破与产业化应用离不开科学验证与产业链协同。安徽威克特瑞新材料科技有限公司与江苏新毅阳高新材料有限公司“掺铝”之争就在提醒行业:在追求效率与成本控制的同时,不能忽视技术落地的制度基础。材料创新不是一蹴而就的实验室成果,而是需要经过严谨验证、系统协作的系统工程。唯有在标准共建、风险共治的生态中,中国光伏产业才能在材料端筑牢根基,实现真正的高质量发展。

关键词：