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、鹅卵石,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。
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工业硅的原材料:硅矿石
硅矿石是工业硅冶炼主要的原料,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。
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成熟,性能稳定,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。
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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%)。
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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。