光伏石英坩埚是硅片生产中的重要耗材，对硅片产量和品质有重要影响。
石英坩埚是单晶炉内用于装放高温硅熔液的器皿，石英坩埚在多次加热拉晶完成后即报废，需要重新购置新的石英坩埚用于下次拉晶，因此其是直拉法制造单晶硅片的重要耗材。
内层与硅溶液直接接触，其品质影响最终的硅片产量和质量，对原材料纯度要求较高，一般采用进口石英砂；
石英坩埚产业上游为高纯石英砂，下游应用领域广泛，以半导体和光伏为主，其中光伏市场需求增长较为迅猛。
石英坩埚：硅片加工环节关键耗材，硅片品质的重要保障
石英坩埚是装放高温状态下的硅原料（工作中处于熔化状态的硅液）的石英器件，是光伏硅片生产过程中的重要耗材，广泛用于光伏及半导体硅片生产行业。
一只 36 寸坩埚有多重，需要消耗石英砂 100 公斤，使用寿命约 400 小时，一个炉子每个月用 2 个坩埚。
图表：石英坩埚投料示意图
石英坩埚可主要分为方形和圆形两类，其中方形石英坩埚用于多晶硅锭铸造环节，圆形石英坩埚则用在单晶硅棒拉制环节。
石英坩埚是拉制单晶硅棒不可或缺的耗材，且具有较强的消耗品属性。
根据CPIA《中国光伏产业发展路线图（2021年）》报告，2021年，单晶硅片市场占比约94.5%，CPIA预计未来多晶硅片市场份额将进一步下降。
光伏用硅片原料单晶硅生产有悬浮区熔法和直拉法，为了降低成本，大直径的单晶硅（200mm以上）基本通过直拉法生产。
在直拉法中，将多晶硅原料放置于石英坩埚内加热熔融状硅熔体，拉杆带动籽晶下降使其接触硅熔体，然后缓慢地向上提拉籽晶从而形成硅单晶棒。
石英坩埚在硅片生产中消耗量大，石英坩埚在晶体拉制过程处于高温作业，硅料融化后会侵蚀坩埚本身，因而坩埚具备较强的消耗品属性特征，每拉制一炉单晶硅即需要更换一个石英坩埚。
图表：石英坩埚在下游产业中的应用
石英坩埚具有多层结构，内外壁气泡含量不同，石英坩埚的原材料纯度、耐温、耐久性等是单晶品质的重要影响因素。
石英坩埚为半透明状，分为外层，也叫气泡复合层（不透明层，气泡含量较多），以及中内层，也叫气泡空乏层（真空透明层，不含气泡，3~5mm）两层结构。
外层需要把来自加热器的热量均匀散射，所以需要规定数量和大小的气泡，从而对硅熔体均匀加热；中内层是一层3-5mm的透明层，成为气泡空乏层，对高纯石英砂高纯、低铝、低碱、抗析晶的要求更高。
石英坩埚的内壁因为与硅熔体接触，在高温状态下，若内壁存在气泡，气泡会由于硅熔体侵蚀而破裂，破裂的碎片如果溶于硅熔体中，将直接影响到硅的成晶（整棒率、成晶率、加热时间、直接加工成本等）以及单晶硅的质量（穿孔片、黑芯片等）。
图表：石英坩埚双层结构示意图
作为唯一与硅溶液直接接触的材料，石英坩埚的质量对硅单晶的品质有很大影响。譬如石英坩埚内壁气泡的含量、石英坩埚的纯度、石英坩埚的耐高温变形性能等。
拉晶的过程中，石英坩埚内部的羟基、杂质元素和气泡的含量将会影响硅棒的质量和石英坩埚的使用寿命，其中工艺路线能够改善羟基的含量，但杂质与气泡的含量更多依赖于石英砂本身的纯度。
采用高纯石英砂对于石英坩埚的性能至关重要，天然石英砂则杂质含量过多，会影响晶体的生长。
目前，石英坩埚的供给扩大受到上游原材料高纯石英砂的限制，高纯石英砂整体供应量远不及全球光伏行业的发展速度。
高纯石英砂紧缺会导致硅片企业逐步降低内层砂的使用比例，拉晶效率、硅片品质也会有所降低，同时坩埚的使用寿命有所下降将导致非硅成本上涨。
原文始发于微信公众号（光伏产业通）：光伏石英坩埚为何这么重要？
