高纯石英砂是指SiO2含量高于99.9%、杂质元素含量极低的一类石英材料。其独特的物理化学性质，如高熔点、低热膨胀系数、优异的透光性、电绝缘性及化学稳定性，使其成为现代高科技产业中不可或缺的关键原材料。依据我国实际工业生产，通常将高纯石英砂划分为低端（3N，SiO2≥99.9%）、中端（4N，SiO2≥99.99%）、中高端（4N5，SiO2≥99.995%）、高端（4N8，SiO2≥99.998%）四个等级。随着半导体、光伏等高科技产业的发展，高纯石英砂的需求持续增长，其提纯技术和高端应用成为当前研究的重点方向。

在光伏行业中，单晶硅锭的制备是光伏电池生产过程中至关重要的一环，单晶硅锭的品质直接决定了太阳能电池的性能，这是因为硅锭中的任何缺陷或杂质都会在硅片制备过程中持续存在，并显著影响太阳能电池产品的光电转换效率与可靠性。单晶硅锭的制备一般采用直拉法（CZ），直拉法是在高纯石英坩埚内通过将单晶硅籽晶浸入硅熔体中旋转提拉生长单晶硅锭的主流技术。

由于在单晶硅锭的拉制过程中石英坩埚需要在高达1450℃的高温条件下长时间与硅液直接接触，因此对石英坩埚耐高温性能、杂质含量及使用寿命都有较高的要求。石英坩埚的使用性能与石英坩埚内含有的杂质、羟基、气泡等有关，这些因素在拉制过程中都会对单晶硅锭的质量产生影响，采用纯度越高的石英砂有利于获得性能更好的石英坩埚。但高纯度的石英砂的价格高昂，为了在合理的成本下实现更优的性能，石英坩埚一般设计成无气泡的透明层+含有大量气泡的气泡层的双层结构，并将纯度更高、粒径更细的高纯石英砂用于坩埚的透明层，而将纯度较低、粒径较粗的高纯石英砂用于气泡层。

坩埚中最有害的杂质可分为三类：碱金属、过渡金属和硼。少量的碱金属如锂、钾和钠会对石英坩埚的热稳定性产生显著影响，并加速石英向硅熔体中的溶解。而坩埚中的铬、铜、铁、锰、镍和锌等过渡金属会在拉晶过程中溶解或扩散至硅中，从而严重降低太阳能电池的电学性能。硼在太阳能电池中用作掺杂剂，因此严格控制坩埚中的硼含量至关重要。此外，透明层中的气泡在拉晶过程中可能会进入硅锭中，使硅锭内部产生缺陷并破坏硅锭的晶体结构，同时还会导致坩埚在拉晶过程中下垂和变形，降低坩埚的使用寿命。由于石英坩埚在熔炉冷却之后会因为析晶变脆而无法继续使用，为了提高工艺的能源效率和成本，可以在拉晶过程中根据坩埚质量及其变形情况，在熔炉仍处于高温状态时向坩埚中多次补加硅料，实现从一个坩埚中拉制多根硅锭，从而达到对石英坩埚的充分利用。因此，目前石英坩埚的生产朝着高纯度、大尺寸、长寿命方向发展，这对石英坩埚的制备工艺以及原材料提出了更高的要求。

高纯石英砂是光伏石英坩埚制备的主要原材料，因此，光伏行业对用于生产石英坩埚的高纯石英砂的各项指标都有着严格的要求，除了需要控制总杂质含量在30ppm以下，对各项杂质元素的含量、羟基含量、粒径分布等都有明确的要求。

来源：石英石网