“摻鋁”工藝提升高質量發展 企業精準控制再上臺階

作者：龔藝

　　在高純石英砂制造領域，金屬雜質通常被嚴格管控，但光伏坩堝的特殊應用場景催生了差異化技術需求。行業專家指出，鋁元素在光伏坩堝用砂中的作用并非傳統意義上的雜質，而是通過 "功能化改性" 提升材料性能的關鍵要素。其核心原理在于鋁氧鍵鍵能高于硅氧鍵，適量引入可顯著增強石英坩堝的高溫結構穩定性。

　　據科學研究表明，適量摻鋁可通過形成鋁氧鍵增強石英玻璃的高溫粘度，抑制方石英結晶，從而可以提升坩堝在拉晶過程中的結構穩定性與使用壽命。光伏行業高純石英砂“摻鋁”工藝，核心是通過可控摻雜鋁元素優化石英制品（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定性。簡單說，光伏用高純石英砂（純度需達99.998%以上）制成的石英坩堝，在1400℃以上拉制單晶硅時，易發生軟化，析晶（生成方石英）導致坩堝開裂、污染硅料。而鋁作為摻雜元素，能抑制石英的晶相轉變，同時細化晶粒，大幅提升坩堝的高溫使用壽命，降低光伏硅片生產的成本和風險。工藝關鍵在于“精準控制”，鋁摻雜量需嚴格把控。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了光伏行業對高純石英砂“摻鋁”工藝的廣泛關注。據了解，這場爭議表面上是兩家企業的商業拉鋸，實則揭示了新材料從實驗室走向產業化過程中面臨的技術邊界模糊、驗證流程缺失、責任界定不清等系統性問題。在傳統工藝中，高純石英砂中的金屬雜質通常被視為負面因素。然而，在光伏石英坩堝這一特殊應用場景中，鋁元素的角色正在被重新定義。

　　（挪威石英公司與挪威科技大學于2024年在《RSC Advances》上發表的研究進一步證實，20ppm左右的鋁含量可使石英玻璃高溫性能達到最優）。現中國現行標準亦明確將光伏坩堝外層砂的鋁含量限值設定為20ppm，為“摻鋁”工藝的合理應用提供了規范依據。同時，專業人士說，盡管“摻鋁”工藝本身具有科學依據，但其在實際應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曾明確建議外層砂使用比例控制在20%-30%，并提供了詳細的技術解決方案。然而，新毅陽在實際生產中將其提高至40%，超出了建議范圍。更關鍵的是，按照行業規范，新砂料在批量使用前應經過小試、中試、大試等系統驗證。

　　單晶硅生長用石英坩堝行業標準明確規定導入新材料時要做型式檢驗，ISO9001管理體系也明確主材變更要做驗證。然而，江蘇新毅陽高新材料有限公司被指在未完成任何驗證流程的情況下直接批量投產，甚至大幅增加外層料使用比例。 石英坩堝的質量受多重因素影響，包括石英砂品質、用料配比、石英坩堝的制作工藝、多晶硅純度、熱場系統穩定性、溫控精度等。將問題簡單歸咎于“摻鋁”工藝，顯然忽略了系統的復雜性。據威克特瑞方面提供的銷售數據顯示，其摻鋁外層砂已在多家客戶中穩定使用。客戶包括占坩堝行業40%業務的龍頭企業，上市公司等多家光伏坩堝龍頭企業。現摻鋁石英砂占整體坩堝外層料市場的45%以上。這充分說明，在規范使用的前提下，“摻鋁”工藝具備可行性與可靠性。然而，當材料供應商與坩堝廠商之間缺乏聯合實驗與數據共享機制時，任何一方的單方面操作都可能放大技術風險。

　　據有關數據顯示，中國光伏產業已在全球占據領先地位，但在新材料、新工藝的產業化銜接上仍存在明顯短板。為防范類似問題重演，行業亟需構建貫穿小試、中試到量產的全流程驗證標準，明確各環節的技術指標與測試方法。更重要的是，應推動建立跨企業的技術協作平臺，由砂廠、坩堝企業、設備商共同參與，通過聯合實驗確定“最佳摻雜量”與工藝窗口。同時，在出現質量爭議時，應引入第三方鑒定機制，開展多維度歸因分析，避免出現摻鋁必然導致產品質量問題這樣明顯錯誤的結論，這抑制企業技術創新的熱情，最終會阻礙整體光伏行業的技術進步。材料創新不是一蹴而就的實驗室成果，而是需要經過嚴謹驗證、系統協作的系統工程。唯有在標準共建、風險共治的生態中，中國光伏產業才能在材料端筑牢根基，實現真正的高質量發展。