光伏人常说，生产制造之路，从一粒沙开始。大自然中常见的沙子、鹅石，主要成分都是二氧化硅，也就是光伏产业链主要的原料来源。当然，在实际生产中，光伏行业所使用的是硅矿，硅矿再进一步加工得到单晶硅、多晶硅、高纯石英砂以及低铁石英砂等光伏原料。
01
工业硅的原材料：硅矿石
硅矿石是工业硅冶炼最主要的原料，是脉石英、石英岩、石英砂岩等以石英为主矿物的总称。主要用于制备太阳能发电板的核心组件—单晶硅。工业硅又称金属硅，是由硅矿石（主要成分是二氧化硅）、木炭、煤及石油焦等碳质还原剂，经高温还原反应后生成，工业硅经过进一步提纯，可制备成为多晶硅，多晶硅可作拉制单晶硅的原料。
据了解，2023年全球工业硅产能合计约为853.5万吨，同比增长9.7%，总产能维持增长，但同比增速有所下降。2023年中国工业硅产能占全球总产能比重为82.1%，占比份额进一步提升。2023年，由于全球光伏新增装机量延续高速增长，多晶硅行业大幅扩产，极大程度上拉动了对工业硅的需求。中国工业硅国内表观消费量为318.92万吨，同比增长20.39%，已连续4年实现正增长。
目前晶硅电池在太阳能电池市场中占据主导地位，其中单晶硅电池技术最成熟，性能最稳定，与多晶硅电池相比，它有着更低的缺陷密度和更高的转换效率，因此受到了人们的广泛关注 。
02
石英坩埚原材料：高纯石英砂
高纯石英砂是采用天然水晶或优质天然石英石，经过精挑细选、精细加工而成，是石英坩埚核心原材料，而石英坩埚是单晶硅生产的关键耗材。
目前，我国用于单晶硅生产的石英坩埚通常采用双层或三层结构，石英砂的纯度会直接影响硅棒拉晶质量。石英砂纯度越低，在高温熔制过程中越容易产生黑点气泡。用作内层砂时，长时间处于高温环境下会使石英坩埚内壁所含气泡受热释放，从而影响到单晶硅片生产的稳定性和成功率。目前，坩埚内层使用的高纯石英砂纯度要求达4N8（大于99.998%），且对气液包裹体、晶格杂质、稳定性也有较高要求。石英坩埚外涂层、石英管、石英棒、石英舟和石英锭等产品达到4N5（大于99.995%）。
据太平洋证券测算，在三种不同情境下，2023年行业所需石英坩埚数量分别为73、97、146万只，对应石英坩埚市场空间分别为93、124、186亿元，所需石英砂用量分别为7.7、10.3、15.5万吨。目前用于光伏产业的高纯石英砂除坩埚内层砂主要依赖进口外，我国坩埚用外层砂已经实现自给自足，甚至已经出现产能过剩的局面。
据近期硅业分会发布的国内高纯石英砂、石英坩埚价格信息显示，高纯石英砂均价与石英坩埚均价双双下跌。2024年5月中旬开始，国内高纯石英砂市场成交回归冷淡，硅业分会称其主要原因为坩埚需求的降低以及价格下降带来的压制。
03
光伏玻璃原材料：低铁石英砂
光伏玻璃是光伏产业链上重要的辅件，也是光伏发电组件中不可替代的组成部分，而石英砂则是生产光伏玻璃的主要原料之一，石英砂的品质对于光伏玻璃的品质有着重要影响。
光伏玻璃是由超白玻璃原片进行深加工制成。超白玻璃是一种超透明低铁玻璃，也称低铁玻璃、高透明玻璃，具有自爆率低、颜色一致性、可见光透过率高、通透性好、紫外线透过率低等优点。目前，光伏玻璃对石英砂的质量要求主要体现在铁含量、钛含量、粒度、难熔重矿物四个方面。
光伏玻璃中要求石英砂的含铁量不超过100ppm；石英砂中的含钛氧化物会使玻璃着色，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钛量不超过300ppm；石英砂的粒度大小及级配会影响光伏玻璃的质量，粒度要求为0.71-0.104mm，且0.104mm以下占比不超过5%；石英砂中含有部分铬铁矿、锆英石，属于难熔重矿物，容易在光伏玻璃上形成结石，对后期成品加工产生影响。所以，光伏玻璃用石英砂对于难熔重矿物的总量要求≤5ppm（以Cr2O3计），单个颗粒直径≤0.25mm。
根据国家统计局数据显示，2023年我国光伏压延玻璃累计产量2478.3万t，每生产一吨光伏玻璃大约需要0.71吨低铁石英砂，因此需消耗约1760万t石英砂。在“双碳”目标推动下，全球光伏新增装机将继续发展，光伏玻璃需求仍将呈现逐年增加态势。
总结
石英砂在光伏行业工业硅、石英坩埚和光伏玻璃等环节发挥着不可替代的作用。光伏产业链的不同环节对石英砂的应用要求也不同，因此必须对石英原料进行选择与判别。随着全球对可再生能资源的需求不断增长，光伏产业迅速发展，光伏装机量不断高增，光伏行业对石英砂的需求也迎来了快速增长。
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文章来源：粉体网
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