什么是石英坩堝？

石英坩堝是光伏及半導(dǎo)體領(lǐng)域高純石英砂的主要制品，主要應(yīng)用于支持高溫條件下連續(xù)拉晶，是用來(lái)裝放多晶硅原料的消耗型石英器件。

石英坩堝具有潔凈、同質(zhì)、耐高溫等性能。從物理熱學(xué)性能上看，石英坩堝的形變點(diǎn)約為1100℃，軟化點(diǎn)約為1730℃，其最高連續(xù)使用溫度約為1100℃，短時(shí)間內(nèi)可達(dá)到1450℃，其高純和高耐溫耐久性為硅棒單晶拉制以及單晶品質(zhì)提供保障，是單晶拉制系統(tǒng)的關(guān)鍵輔料之一。

圖片來(lái)源：盾源聚芯

拉晶石英坩堝具有多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，一般最內(nèi)層為透明層，厚度在壁厚中占 1/3，大約3-5mm，氣泡含量較低，外層則氣泡含量較高，起到支持石英坩堝變形強(qiáng)度、保證熱源均勻輻射作用。隨技術(shù)進(jìn)步，石英坩堝目前已發(fā)展出具有透明層、氣泡透明層、外層薄氣泡層這樣的三層結(jié)構(gòu)，同時(shí)也有在最內(nèi)層涂堿金屬（如 Ba）離子溶液或增加超高純合成石英的技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)提升品質(zhì)或優(yōu)化成本的效果。

石英坩堝產(chǎn)業(yè)及成本結(jié)構(gòu)

石英坩堝是光伏產(chǎn)業(yè)鏈中的一部分，其上游為高純石英砂、下游為單晶硅。上游高純石英砂的品質(zhì)在很大程度絕對(duì)石英坩堝的品質(zhì)。

石英坩堝的成本構(gòu)成中，高純石英砂占72%，是主要的成本支出。

石英坩堝的分類

按應(yīng)用分為：半導(dǎo)體（電子級(jí)）石英坩堝、光伏（太陽(yáng)能級(jí)）石英坩堝

半導(dǎo)體石英坩堝主要用于生長(zhǎng)半導(dǎo)體單晶硅，用于制造集成電路、微電子器件等；光伏石英坩堝主要用于生長(zhǎng)光伏單晶硅，用于制造太陽(yáng)能電池、光伏組件等。

按內(nèi)層石英的種類分為：合成石英坩堝（SQC）、天然石英坩堝（NQC）

石英坩堝的原材料大體分為兩種：一種是以天然石英為原料的石英砂，一種是高純合成原料。合成坩堝內(nèi)表面純度更高，適用于高級(jí)別硅棒的拉制；內(nèi)表面結(jié)晶化的天然石英坩堝，適應(yīng)多次加料工藝，長(zhǎng)時(shí)間使用。按形狀分為：圓形石英坩堝、方形石英坩堝

方形石英坩堝用于多晶硅錠鑄造環(huán)節(jié)；圓形石英坩堝則用在單晶硅棒拉制環(huán)節(jié)。

根據(jù)成型工藝分為：注塑成型石英坩堝、擠壓成型石英坩堝

石英坩堝的成型方法主要有擠壓成型和注塑成型兩種。擠壓成型是將石英粉末通過(guò)擠壓機(jī)擠壓成型，形成坩堝的外形和尺寸；注塑成型則是將石英粉末與有機(jī)粘結(jié)劑混合，注入模具中成型。

按外觀分為：透明石英坩堝、不透明石英坩堝

最早期的石英坩堝是全部透明的，這種透明的構(gòu)造容易導(dǎo)致不均勻的熱傳輸條件，增加晶棒生長(zhǎng)的困難度，所以這種坩堝被淘汰使用。目前，市場(chǎng)主流的是半透明石英坩堝。半透明石英坩堝具有高純度、耐溫性強(qiáng)、尺寸大精度高、保溫性好、節(jié)約能源、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。按規(guī)格（坩堝直徑）分為：D≤305mm，D＞457mm，305mm＜D≤457mm

石英坩堝工藝

石英坩堝的主要生產(chǎn)流程包括：配料、熔融、硼砂、切割、冷涂、干燥、檢測(cè)、包裝等。

1、稱砂配料

按照不同石英坩堝的技術(shù)包要求，準(zhǔn)備不同型號(hào)的石英砂，并稱取相應(yīng)的重量密封配送至熔融車間對(duì)應(yīng)的機(jī)臺(tái)備用。該工序需要保證用料準(zhǔn)確。

2、熔融

將石英砂按照技術(shù)要求成型至旋轉(zhuǎn)模具內(nèi)表面，通過(guò)電弧高溫熔制成坩堝毛坯。該工序是制作石英坩堝的核心工序，直接決定了石英坩堝的純度、強(qiáng)度、微氣泡密度水平。

3、噴砂

去除熔制后坩堝毛坯的外層浮砂。通過(guò)該工序可以去除石英坩堝外表面粘附的浮砂，防止浮砂影響坩堝的拉晶性能。

4、外觀及微氣泡檢測(cè)

檢測(cè)石英坩堝外觀及透明層微氣泡狀態(tài)。通過(guò)該工序可以防止外觀不合格的產(chǎn)品流出。

5、切割

切割系統(tǒng)通過(guò) MES 系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)源，按照客戶規(guī)格對(duì)石英坩堝毛坯進(jìn)行切割。該工序主要用于保證產(chǎn)品滿足客戶對(duì)石英坩堝的高度要求。

6、尺寸檢查

通過(guò)傳感器自動(dòng)檢測(cè)石英坩堝外徑、厚度、高度以及重量。通過(guò)該工序可以防止尺寸不合格產(chǎn)品流出。

7、洗凈

通過(guò)水洗、酸洗、水洗的工藝順序?qū)釄宓膬?nèi)外表面進(jìn)行自動(dòng)刻蝕清洗。該工序可以有效去除石英坩堝內(nèi)外表面雜質(zhì)，是保證石英坩堝純度的重要手段。

8、干燥

對(duì)洗凈后的石英坩堝進(jìn)行干燥，去除水分。

9、冷涂

噴涂系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品圖號(hào)，調(diào)取相應(yīng)的噴涂工藝，通過(guò)機(jī)器人手臂對(duì)石英坩堝內(nèi)表面噴涂，制作鋇涂層。該工序是涂層坩堝制作涂層的核心工序，能保證坩堝使用過(guò)程中形成均勻的析晶層，提升坩堝的長(zhǎng)晶性能。

10、終檢

坩堝出貨前的檢查，主要檢查坩堝外觀，防止不合格品流出。

11、包裝

對(duì)成品石英坩堝進(jìn)行自動(dòng)包裝，等待發(fā)貨。

石英坩堝代表企業(yè)

在光伏銀漿市場(chǎng)上，具有一定技術(shù)研發(fā)實(shí)力、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)、規(guī)模生產(chǎn)能力的企業(yè)，主要有歐晶科技、盾源聚芯、石英股份、天宜上佳、美晶新材、陽(yáng)光硅谷、佑鑫石英、中昱綠能等。

歐晶科技

內(nèi)蒙古歐晶科技股份有限公司作為自治區(qū)2022年度首家深交所主板上市的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)，成立于2011年4月，位于內(nèi)蒙古呼和浩特市賽罕區(qū)，公司立足于單晶硅材料產(chǎn)業(yè)鏈，主要為太陽(yáng)能級(jí)單晶硅棒硅片的生產(chǎn)和輔助材料資源回收循環(huán)利用，提供配套產(chǎn)品及服務(wù)，具體包括石英坩堝產(chǎn)品、硅材料清洗服務(wù)、切削液處理服務(wù)。下設(shè)五家全資子公司，分別分布于天津市、無(wú)錫市、寧夏等地。

盾源聚芯

盾源聚芯是一家專注于半導(dǎo)體級(jí)硅材料及部件、碳化硅材料及部件的研制、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的高科技企業(yè)。公司成立于2010年7月，擁有全球領(lǐng)先且獨(dú)有的高純硅熔接技術(shù)，為最前沿的半導(dǎo)體工藝提供突破性解決方案。其主要產(chǎn)品包括SiFusion硅熔接制品、SiPart精密硅部件和SiMaterial先進(jìn)硅材料，其中SiFusion產(chǎn)品市場(chǎng)占有率在80%以上，已在最先進(jìn)的芯片制造商中得到應(yīng)用。

石英股份

江蘇太平洋石英股份有限公司是一家集科研、生產(chǎn)、銷售為一體的高端石英材料深加工企業(yè)。公司始建于1992年，于2014年在上交所A股主板上市（股票名稱：石英股份）。經(jīng)過(guò)三十年的創(chuàng)新發(fā)展，公司現(xiàn)已成為中國(guó)石英材料行業(yè)中的標(biāo)桿企業(yè)。公司在光源、光伏、光纖、光學(xué)及半導(dǎo)體等領(lǐng)域用的石英材料市場(chǎng)及技術(shù)位居行業(yè)前列。主導(dǎo)產(chǎn)品有高純石英砂、石英管（棒）、大口徑石英擴(kuò)散管、石英筒、石英錠、石英板等及多種石英器件。天宜上佳

北京天宜上佳高新材料股份有限公司成立于2009年11月，首批科創(chuàng)板上市企業(yè)。在光伏新能源業(yè)務(wù)領(lǐng)域，天宜上佳以天力新陶、天啟光峰、新熠陽(yáng)及天啟熠陽(yáng)為主體開(kāi)展相關(guān)業(yè)務(wù)，主要從事光伏碳碳熱場(chǎng)、高端裝備用碳碳復(fù)合材料制品及石英坩堝的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。新熠陽(yáng)擁有從事石英坩堝研制、生產(chǎn)十余年的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，通過(guò)不斷地自主創(chuàng)新及大量生產(chǎn)實(shí)踐，形成了獨(dú)特且穩(wěn)定的制造工藝，主要客戶同為光伏晶硅制造企業(yè)及高端裝備設(shè)備企業(yè)，主要產(chǎn)品為光伏熱場(chǎng)用石英坩堝。

美晶新材

浙江美晶新材料股份有限公司創(chuàng)建于2017年，總部設(shè)立在浙江紹興。是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的先進(jìn)材料高新技術(shù)企業(yè)，多年來(lái)一直深耕于半導(dǎo)體和光伏石英制品材料領(lǐng)域。公司憑借技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)，加速石英坩堝產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化進(jìn)度。不斷突破國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體和光伏石英制品領(lǐng)域面臨的發(fā)展瓶頸，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)石英制品行業(yè)技術(shù)和規(guī)模“雙領(lǐng)先”，為半導(dǎo)體和光伏行業(yè)提供全球極具競(jìng)爭(zhēng)力的高品質(zhì)材料。

陽(yáng)光硅谷

陽(yáng)光硅谷電子科技有限公司成立于2004年，主要生產(chǎn)多晶硅、單晶硅棒、多晶硅片、單晶硅片、石英坩堝等，其中石英坩堝以16-28英寸為主，是晶澳太陽(yáng)能有限公司的全資子公司。

佑鑫石英

佑鑫石英成立于2004年，公司專注于太陽(yáng)能級(jí)和半導(dǎo)體級(jí)石英坩堝的研發(fā)及制造20年,現(xiàn)具備兩個(gè)生產(chǎn)基地：錦州基地主要致力于半導(dǎo)體級(jí)高純石英坩堝的研發(fā)及制造，可具備年產(chǎn)12萬(wàn)只石英坩堝的能力。曲靖基地主要致力于大口徑太陽(yáng)能級(jí)高品質(zhì)石英坩堝的研發(fā)及制造，可具備年產(chǎn)10萬(wàn)只石英坩堝的能力。

中昱綠能

中昱綠能成立于2022年12月9日，是一家專注于高新材料研發(fā)生產(chǎn)的科技公司。公司主要從事半導(dǎo)體級(jí)、太陽(yáng)能級(jí)單晶硅用的石英圓坩堝、石墨熱場(chǎng)、石墨舟、碳碳熱場(chǎng)材料系統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)業(yè)務(wù)。

石英坩堝發(fā)展主要趨勢(shì)

光伏行業(yè)的持續(xù)發(fā)展也帶來(lái)了耗材需求量的快速增長(zhǎng)，石英坩堝就是其中的典型代表。石英坩堝是單晶硅生產(chǎn)中需求數(shù)量大且價(jià)值高的耗材。近年來(lái)，我國(guó)石英坩堝技術(shù)水平快速進(jìn)步，在坩堝尺寸、純度、拉晶時(shí)間和拉晶次數(shù)等方面均取得顯著進(jìn)步。

根據(jù)海通國(guó)際證券預(yù)測(cè)，2025 年光伏石英坩堝需求量將從 2022 年的 59.17萬(wàn)只增長(zhǎng)至 159 萬(wàn)只，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 39.03%。

根據(jù)研究報(bào)告預(yù)測(cè)，2023-2025 年，全球光伏石英坩堝市場(chǎng)空間分別為 118 億元、153 億元及 199 億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 29.86%。

從技術(shù)方面而言，光伏石英坩堝行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)如下：

高純度

N 型電池取代 P 型電池，對(duì)石英坩堝技術(shù)指標(biāo)要求提升生產(chǎn)要求上，相比 P 型硅片，N 型硅片對(duì)于控碳、含氧量和純度要求更高，因此對(duì)石英坩堝雜質(zhì)含量、微氣泡含量等性能要求進(jìn)一步提升。

大尺寸

大尺寸石英坩堝不僅能滿足光伏硅片對(duì)尺寸的生產(chǎn)要求，還能有效節(jié)省硅片的生產(chǎn)時(shí)間，因此大尺寸化也成為石英坩堝領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的大趨勢(shì)。

長(zhǎng)壽命

光伏硅片生產(chǎn)廠商采購(gòu)持續(xù)拉晶時(shí)間長(zhǎng)、拉晶良率高、雜質(zhì)及氣泡含量低的高品質(zhì)石英坩堝是降低非硅成本的重要手段之一，也是光伏石英坩堝的未來(lái)發(fā)展方向。

內(nèi)容資料參考來(lái)源：歐晶科技，美晶新材、海通國(guó)際證券、粉體網(wǎng)等