近日，由中国国检测试控股集团股份有限公司等单位起草的国家标准《光伏单晶硅生长用石英坩埚高纯内层砂》公开征求意见。
该标准规定了光伏单晶硅生长用石英坩埚内层制造用高纯石英砂的术语和定义，分类、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。
该标准适用于光伏单晶硅生长用石英坩埚制造中内层用高纯石英砂，包括天然石英矿或水晶等通过加工、提纯等生产工艺制备的天然石英砂，以及以高纯含硅化合物为原料、采用物理、化学方法制备的合成石英砂。
该标准的具体要求如下：
1、外观
标准要求：应无肉眼可见的杂点和色点。
外观是初步判断石英砂质量的最直观的检验方法，杂点、色点多的石英砂通常情况下杂质元素含量较高。
2、烧失量
标准要求：应不大于0.03%。
烧失量是衡量石英砂中吸附水、碳酸盐、有机物以及其他易挥发性物质含量的重要指标。通过测定烧失量，可以评估石英砂的纯度和质量，确保其满足石英坩埚正常生产应用的需求。
光伏单晶硅生长用石英坩埚内层砂烧失量过高，气液包裹体含量高，会导致石英坩埚内壁产生气泡、杂质等缺陷，除了影响坩埚的使用寿命，还会增加单晶硅生产的材料成本和加工成本，内壁气泡在高温下会导致气体和杂质从坩埚内释放到熔体中，扰乱单晶硅的生长过程，影响晶体的纯度和质量，气泡有可能导致硅棒出现“断线”问题，增加硅棒的缺陷，从而降低单晶硅的成晶率。
3、杂质元素含量
标准要求：天然砂17种杂质元素（（Al、Fe、Ca、Mg、Ti、Cu、Co、Ni、Mn、Li、Na、K、B、Cr、P、Ba、Zr）总含量应不大于18µg/g，其中，锂、钠、钾总和应不大于1.5µg/g；合成砂17种杂质元素总含量应不大于2µg/g，其中，锂、钠、钾总和应不大于0.5µg/g。
光伏单晶硅生长用石英坩埚内层砂杂质元素含量过高，会产生很多危害，具体有：
（1）影响石英坩埚的热学特性：碱金属杂质如Li、Na、K等会影响石英坩埚的耐温性，降低其熔点，导致高温性能变差。
（2）石英坩埚内壁会产生气泡和色斑等缺陷：杂质含量高会导致石英坩埚产生气泡和色斑等缺陷，降低石英坩埚的透明度。
（3）影响石英坩埚成型：杂质含量过高，严重时还会影响石英坩埚的成型过程。
（4）产生析晶：如果石英坩埚内表面杂质含较高，会形成异常的破坏性析晶，产生的颗粒进入硅液中也会产生严重的断线，如果析晶靠近内表面，局部的析晶壳层过厚则极易脱落，甚至导致单晶拉制无法继续。
（5）石英坩埚内壁易形成腐蚀坑和漏硅风险：如果杂质浓度更高，会形成一个腐蚀坑，硅液会顺着坑和缝隙不断向外腐蚀，最终产生漏硅的风险。
（6）影响单晶硅棒的性能和质量：石英坩埚内表层的杂质会扩散到硅液中，进而影响到单晶硅棒的导电性。
（7）增加生产成本：由于单晶硅片对纯度要求高，且单次拉晶成本较高，石英坩埚的质量问题会造成单根单晶硅棒报废，增加生产成本。
因此，控制石英坩埚内层砂的杂质元素含量对于保证单晶硅生长的质量、降低生产成本至关重要。
4、二氧化硅含量（减量法）
标准要求：二氧化硅含量应不小于99.9980%。
石英砂的二氧化硅含量是一个综合性的质量指标，它能够更全面地反映石英砂的质量和适用性，在石英行业中被广泛用作表征石英砂质量的主要参数。
光伏单晶硅生长用石英坩埚内层砂二氧化硅含量高，杂质元素含量少，是保证石英坩埚质量稳定性以及坩埚使用寿命的重要因素，也是确保单晶硅生长质量、提高生产效率和降低成本的关键因素。因此，规定光伏单晶硅生长用石英坩埚内层砂二氧化硅含量应不小于99.9980%。
5、粒形
标准要求：粒形为近球形或不规则形状，费雷特最长直径大于50µm的颗粒中，长宽比大于2:1的颗粒数应不大于5.0%。
光伏单晶硅生长用石英坩埚内层砂粒形的影响主要体现在以下几个方面：
（1）坩埚强度和寿命：石英砂的粒形影响其堆积密度和颗粒间的接触面积，这直接关系到石英坩埚的强度和高温下的稳定性。粒形均匀、大小适中的石英砂能够提高石英坩埚的机械强度，减少在高温下的形变和破裂风险，从而延长坩埚的使用寿命。
（2）单晶硅生长质量：石英砂的粒形影响坩埚内壁的光滑度和均匀性，这直接关系到单晶硅生长的质量。粒形均匀的石英砂有助于形成光滑的坩埚内壁，减少晶体生长过程中的缺陷，提高单晶硅的品质。
（3）气泡和气液包裹体：石英砂中的气泡和气液包裹体含量会影响石英坩埚在高温下的性能。粒形均匀的石英砂有助于减少气泡和气液包裹体的含量，从而减少在单晶硅生长过程中气泡破裂释放的微颗粒和气体，避免对硅熔体造成污染。
（4）杂质元素含量：石英砂的粒形也会影响其纯度，因为不同粒形的石英砂在提纯过程中的效率可能不同。粒形均匀的石英砂更容易进行提纯，减少杂质含量，这对于保证单晶硅的纯度至关重要。
（5）羟基含量：石英砂中的羟基含量会影响石英坩埚的耐高温性能。粒形均匀的石英砂可以通过优化的工艺路线减少羟基含量，提高坩埚的耐高温性能，减少在高温下的软化和变形。
（6）坩埚的均匀性和一致性：粒形一致的石英砂有助于制造出均匀性和一致性更好的石英坩埚，这对于保证单晶硅生长过程中的温度和速度控制至关重要，直接影响到单晶硅的质量和产量。
