光伏行業(yè)高純石英砂“摻鋁”工藝,核心是通過可控?fù)诫s鋁元素優(yōu)化石英制品(如石英坩堝)性能,適配光伏硅片拉制需求,核心目的是提升坩堝抗析晶能力和高溫穩(wěn)定性。簡(jiǎn)單說,光伏用高純石英砂(純度需達(dá)99.998%以上)制成的石英坩堝,在1400℃以上拉制單晶硅時(shí),易發(fā)生軟化,析晶(生成方石英)導(dǎo)致坩堝開裂、污染硅料。而鋁作為摻雜元素,能抑制石英的晶相轉(zhuǎn)變,同時(shí)細(xì)化晶粒,大幅提升坩堝的高溫使用壽命,降低光伏硅片生產(chǎn)的成本和風(fēng)險(xiǎn)。

據(jù)了解,工藝關(guān)鍵在于“精準(zhǔn)控制”:一是鋁摻雜量需嚴(yán)格把控。近日,安徽威克特瑞新材料科技有限公司,與江蘇新毅陽高新材料有限公司引發(fā)了光伏行業(yè)對(duì)高純石英砂“摻鋁”工藝的廣泛關(guān)注。據(jù)了解,這場(chǎng)爭(zhēng)議表面上是兩家企業(yè)的商業(yè)拉鋸,實(shí)則揭示了新材料從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化過程中面臨的技術(shù)邊界模糊、驗(yàn)證流程缺失、責(zé)任界定不清等系統(tǒng)性問題。在傳統(tǒng)工藝中,高純石英砂中的金屬雜質(zhì)通常被視為負(fù)面因素。然而,在光伏石英坩堝這一特殊應(yīng)用場(chǎng)景中,鋁元素的角色正在被重新定義。

據(jù)悉,科學(xué)研究表明,適量摻鋁可通過形成鋁氧鍵增強(qiáng)石英玻璃的高溫粘度,抑制方石英結(jié)晶,從而提升坩堝在拉晶過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與使用壽命。(挪威石英公司與挪威科技大學(xué)于2024年在《RSC Advances》上發(fā)表的研究進(jìn)一步證實(shí),20ppm左右的鋁含量可使石英玻璃高溫性能達(dá)到最優(yōu))?，F(xiàn)中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)亦明確將光伏坩堝外層砂的鋁含量限值設(shè)定為20ppm,為“摻鋁”工藝的合理應(yīng)用提供了規(guī)范依據(jù)。

據(jù)有關(guān)專業(yè)人士說,盡管“摻鋁”工藝本身具有科學(xué)依據(jù),但其在實(shí)際應(yīng)用中的效果仍高度依賴于工藝控制與使用條件。安徽威克特瑞新材料科技有限公司與江蘇新毅陽高新材料有限公司就是典型的案例,據(jù)威克特瑞方面披露,其在向江蘇新毅陽高新材料有限公司供貨時(shí)曾明確建議外層砂使用比例控制在20%-30%,并提供了詳細(xì)的技術(shù)解決方案。然而,新毅陽在實(shí)際生產(chǎn)中將其提高至40%,超出了建議范圍。更關(guān)鍵的是,按照行業(yè)規(guī)范,新砂料在批量使用前應(yīng)經(jīng)過小試、中試、大試等系統(tǒng)驗(yàn)證。

單晶硅生長用石英坩堝行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定導(dǎo)入新材料時(shí)要做型式檢驗(yàn),ISO9001管理體系也明確主材變更要做驗(yàn)證。然而,江蘇新毅陽高新材料有限公司被指在未完成任何驗(yàn)證流程的情況下直接批量投產(chǎn),甚至大幅增加外層料使用比例。 石英坩堝的質(zhì)量受多重因素影響,包括石英砂品質(zhì)、用料配比、石英坩堝的制作工藝、多晶硅純度、熱場(chǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、溫控精度等。將問題簡(jiǎn)單歸咎于“摻鋁”工藝,顯然忽略了系統(tǒng)的復(fù)雜性。據(jù)威克特瑞方面提供的銷售數(shù)據(jù)顯示,其摻鋁外層砂已在多家客戶中穩(wěn)定使用?？蛻舭ㄕ价釄逍袠I(yè)40%業(yè)務(wù)的龍頭企業(yè),上市公司等多家光伏坩堝龍頭企業(yè)?，F(xiàn)摻鋁石英砂占整體坩堝外層料市場(chǎng)的45%以上。這充分說明,在規(guī)范使用的前提下,“摻鋁”工藝具備可行性與可靠性。然而,當(dāng)材料供應(yīng)商與坩堝廠商之間缺乏聯(lián)合實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)共享機(jī)制時(shí),任何一方的單方面操作都可能放大技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,中國光伏產(chǎn)業(yè)已在全球占據(jù)領(lǐng)先地位,但在新材料、新工藝的產(chǎn)業(yè)化銜接上仍存在明顯短板。為防范類似問題重演,行業(yè)亟需構(gòu)建貫穿小試、中試到量產(chǎn)的全流程驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn),明確各環(huán)節(jié)的技術(shù)指標(biāo)與測(cè)試方法。更重要的是,應(yīng)推動(dòng)建立跨企業(yè)的技術(shù)協(xié)作平臺(tái),由砂廠、坩堝企業(yè)、設(shè)備商共同參與,通過聯(lián)合實(shí)驗(yàn)確定“最佳摻雜量”與工藝窗口。同時(shí),在出現(xiàn)質(zhì)量爭(zhēng)議時(shí),應(yīng)引入第三方鑒定機(jī)制,開展多維度歸因分析,避免出現(xiàn)摻鋁必然導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量問題這樣明顯錯(cuò)誤的結(jié)論,這抑制企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的熱情,最終會(huì)阻礙整體光伏行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

高純石英砂作為光伏產(chǎn)業(yè)鏈上的關(guān)鍵戰(zhàn)略材料,其技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用離不開科學(xué)驗(yàn)證與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同。安徽威克特瑞新材料科技有限公司與江蘇新毅陽高新材料有限公司“摻鋁”之爭(zhēng)就在提醒行業(yè):在追求效率與成本控制的同時(shí),不能忽視技術(shù)落地的制度基礎(chǔ)。材料創(chuàng)新不是一蹴而就的實(shí)驗(yàn)室成果,而是需要經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)驗(yàn)證、系統(tǒng)協(xié)作的系統(tǒng)工程。唯有在標(biāo)準(zhǔn)共建、風(fēng)險(xiǎn)共治的生態(tài)中,中國光伏產(chǎn)業(yè)才能在材料端筑牢根基,實(shí)現(xiàn)真正的高質(zhì)量發(fā)展。作者:小藝

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