《光伏单晶硅生长用石英埚高纯内层砂》 （征求意见稿） 编制说明 标准编制组 二0二四年十一月 一、工作简况 1.任务来源 近年来，随着国家“碳中和”、“十四五规划”和《中国2050年光伏发展 展望》等政策的提出，光伏产业日益突显其国家战略地位，随着国家相关金融帮 扶政策的完善和其他扶持政策的持续推动，光伏及其配件行业将朝着产业链更加 完善、产品更加高质量的方向发展，而这种发展，势必会带动光伏产业链上游的 石英埚及高纯石英砂产业的快速增长。 目前，光伏单晶硅生长用石英内层砂主要使用进口高纯石英砂，随着国 家对科技创新和高端产业的大力支持和引导，以及新型高纯石英砂生产技术的引 进和推广，国内高纯度石英砂市场将会迎来更为广阔的发展空间及发展机遇，使 市场竞争形式更加多元化，国产高纯石英砂将逐渐替代进口石英砂，并在市场上 占有一席之地。 随着国产高纯石英砂生产规模不断加大，无论生产厂家还是市场都驱需一个 统一的技术标准进行规范和指导，但国内石英玻璃行业并无该产品的相关技术标 准可依，多采用国外产品技术指标作为参照标准，已严重制约该行业的发展，因 此，驱需制定本标准。 2024年3月以中国国检测试控股集团股份有限公司为牵头单位，提出制定 光伏单晶硅生长用石英埚高纯内层砂国标的计划。 光伏单晶硅生长用石英璃高纯内层砂标准于2024年由中国国检测试控股 集团股份有限公司等单位提出立项申请，2024年6月28日国标委批准立项，项 目编号为20242147-T-609，归口单位为全国工业玻璃和特种玻璃标准化技术委员 会（SAC/TC 447）。 2．产品介绍、行业状况、生产水平及应用情况 产品介绍：光伏单晶硅生长用石英内层砂是用于生产石英的关键原 材料。石英是石英玻璃制品中的细分产品，由高纯石英砂通过模具定型，使 用电弧熔融法高温制作而成。石英具有耐高温、使用时间长、高纯度等特点， 主要用于光伏高纯单晶硅棒的拉制的辅助性耗材，是单晶硅棒拉制过程中用于盛 装熔融硅液的关键性消耗品。石英的构造分为不透明层、真空透明层及内涂 层，其中内涂层通常由高纯合成石英砂、高纯天然石英砂制成，对内涂层的石英 2 砂的原料成分要求较高，石英砂杂质元素含量直接决定了石英的拉晶质量。 行业状况：高纯石英砂是生产石英埚的上游原材料，2023年，全球高纯 石英砂的总需求量达到近11万吨，但产量仅为7万吨，供需缺口约为5万吨。 由于2023年全球新增光伏装机量达到446GW，几乎为2022年的两倍，光伏用 高纯石英砂的供需偏紧态势将会延续，目前，全球高纯石英砂的生产地主要集中 在美国、挪威、中国等国家。主要生产企业包括美国尤尼明、挪威TQC和中国 石英股份。中国石英矿物资源虽然丰富，但高纯石英矿床少且规模较小，高品质 脉石英仅占石英矿资源的0.93%，受制于原材料的限制，国内企业的生产能力受 到一定的影响。目前，国内石英行业积极多渠道寻找矿源，产能不断扩张，提纯 技术不断进步，行业逐步形成了两大派系（天然矿石提纯与人工合成）和一大龙 头（石英股份）的竞争格局，不同企业根据自身优势，分别布局于不同赛道，共 同推动行业的发展。 生产水平及应用情况：石英内层砂对纯度要求高，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。4N8及以上高端石英砂市场 几乎被国外企业垄断，由于海外高品质内层砂供应紧张，国内企业正在逐步推进 高纯石英砂的国产替代。中外层石英砂的品质要求相对较低，已基本实现国产替 代。然而，内层石英砂的国产替代仍面临一定挑战，需要进一步提高国产高纯石 英砂的纯度和稳定性。 随着国内企业不断的研发和改进，在提升产品品质的前提下，高纯石英砂以 及相关制品生产规模不断扩大，内层砂市场占有率有望持续提高，保守估计22-24 年石英股份内层砂供给量分别为0.35、0.73、1.85万吨，随着技术水平提升，内 层砂比例有望继续增大。 3.起草单位 本标准目前参与起草的单位有：中国国检测试控股集团股份有限公司等。 4．工作过程 项目下达后，编制组依据标准制定的原则及思路对标准项目的内容、技术指 标等进行了商讨和研究，于2024年6月进一步完善了《光伏单晶硅生长用石英 高纯内层砂》标准草案。2024年7月2以腾讯视频会议形式召开《光伏单 晶硅生长用石英璃高纯内层砂》标准启动会和标准草案初稿研讨会，与会人员 3 有标委会委员、协会专家、生产企业、用户代表共24位代表出席了会议，各位 专家认真听取了编制组对标准草案初稿的详细说明，对该标准进行了深入的讨论。 与会专家从标准的适用范围、术语和定义、分类、要求、试验方法、检验规则的 科学性、先进性和可行性等方面对标准文件的具体条款提出了如下意见和建议： 1）适用范围里建议先保留合成砂。 2）标准文件4.1条外观，删除“有一定透明度的白色颗粒”，“杂质颗粒” 修改为“杂点和色点”；标准文件5.1条外观试验方法中，样品取样量 1克改为随机取100克。 3）用激光衍射法测粒度分布，筛分法不选用，试验时选择适宜的粒径分 布范围。 4）粒形对埚质量也有一定的影响，试验时关注下粒形情况，观察统计 针状颗粒占比多少，决定是否制定此技术指标。 5）按GB/T3284中灼烧法试验，二氧化硅含量大于99.99%时，测试准确 度下降，由于有杂质元素含量可以判断出来产品纯度，所以，考虑是 否删除二氧化硅要求， 6）烧失量小于0.01%时，准确度有待商榨，建议用显微镜颗粒图像法检测 试试。 7）高温稳定性没必要，建议删除。可以作为科研去研究，但不适用于标 准。 8）杂质元素含量按天然砂和合成砂分别列出含量限定要求，不建议每个 元素都有限定，对磷元素做出限定是有必要的，另外，对三价元素和 碱金属元素也有限定的必要 ，“6 4 10）会后征求用户意见，是否有必要分级。 会议后，编制组陆续从相关生产企业、代理企业收集国内外具有代表性的样 品进行验证试验，在验证试验的基础上完成了本标准的征求意见稿，广泛征求意 见。 5．国家标准主要起草人及其所做的工作 本标准主要起草人及其所做的工作见下表。 序号 姓名 承担的工作 1. 主笔，前期调研，收集相关资料，起草标准文本及编制 刘焕敏 说明，设计验证试验计划，进行相关性能的验证试验， 汇总修改意见。 2. 修改标准文本，参加汇总修改意见，收集样品及用户要 杨学东 求等资料。 3. 王京侠 进行相关性能的验证试验，参加汇总修改意见。 4. 张浩运 参加汇总修改意见。 5. 聂兰舰 收集资料，参加修改意见。 6. 尹巧云 参加汇总修改意见。 7. 申雨男 收集整理资料。 8. 杨晓会 收集整理资料。 9. 李心意 收集资料。 二、标准编制原则和确定国家标准主要内容的论据 （一）标准的编制原则 本标准严格遵照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件 的结构和起草规则》的有关规定编写。 （二）标准主要内容（如技术指标、参数、公式、性能要求、试验方法、检验 规则等）的论据（包括试验、统计数据） 编制组收集整理了近几年检测过的光伏单晶硅生长用石英高纯内层砂 样品数据，并重新收集国内外主要生产厂家的样品，对所有项目进行验证试验， 5 另外，还采集了生产厂家和用户所提供的相关标准和数据，以及相关专家的意见 和建议，这些都成为标准制定过程中的重要依据。标准主要内容说明如下（黑体 部分为标准文本内容）： 1．范围 “本文件规定了光伏单晶硅生长用石英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。 本文件适用于光伏单晶硅生长用石英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（以下简称 天然砂），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（以下简称合成砂）。” 光伏单晶硅生长用石英高纯内层砂的生产原料来源主要有两种，一种是 天然砂，一种是以纯含硅化合物为原料的合成砂。 2．规范性引用文件 给出本标准引用的标准。 3．术语和定义 “JC/T2205界定的术语和定义适用于本文件。” 3.1二氧化硅含量（减量法） “光伏单晶硅生长用石英内层砂除去17种杂质元素（Al、Fe、Ca、Mg、 Ti、Cu、Co、Ni、Mn、Li、Na、K、B、Cr、P、Ba、Zr）的量之后占总的量的质 量分数。” 3.2 长宽比 aspect ratio “费雷特最长直径和费雷特最短直径之比。” 为了通俗易懂，本标准文件重新定义GB/T38879-2020《颗粒粒度分析彩 色图像分析法》中的长宽比。GB/T38879-2020《颗粒粒度分析彩色图像分析 法》中的长宽比定义为费雷特最短直径和费雷特最长直径之比。 4.分类 “按原材料分为天然砂和合成砂。” 光伏单晶硅生长用石英埚内层砂生产原料有两种，一种是天然石英矿石经 破碎、研磨、酸处理、过滤和洗涤、氧化炉烧、磁选、氧化、提纯和烘干等生 9 产工艺加工而成的天然石英砂，另外一种是以高纯含硅化合物为原料，经化学方 法生产而成的合成石英砂，两种石英砂在纯度、杂质元素含量等方面差别较大， 所以对两种石英砂做了不同的要求。 5.要求 5.1外观 “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，所以，对外观做了要求。 5.2粒度 “供需双方商定。” 验证样品试验结果差异较大，且都是用户正常使用的产品，粒度较小的细沙 D50约为150微米，粒度较大的粗砂D50约为250微米，无法统一技术指标，所 以确定为供需双方商定。 5.3烧失量