高纯度石英材料是电光源及激光光电、光伏、光通讯、半导体、光学镀膜、航天、军工等产业不可或缺的重要基础性材料。随着上述产业高速增长，我国正在成为石英材料的主要生产基地和重要的应用市场，高纯度石英材料的应用技术和市场前景十分广阔。
高纯石英砂国际供应商主要为美国尤尼明、挪威TQC，国内供应商主要为江苏东海——太平洋石英股份有限公司，产品供不应求，市场缺口较大，另外，我国高纯石英砂原材料基本依赖于国外进口，这已成为我国高纯石英行业的一大瓶颈。
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，目前，光伏行业属于需要国家财政予以补贴的新能源行业，国家对光伏装机容量、补贴规模、补贴力度的宏观调控政策和措施将直接影响行业内公司的生产经营。随着国家相关金融帮扶政策的完善和产业中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光伏玻璃和高纯石英砂产业发展。
图：高纯石英砂产业链结构
图：石英砂行业相关政策
1、核心技术：4N8高纯石英砂，实现国产替代
定义：国际上普遍将SiO2含量大于99.995%（即4N5）、杂质含量小于50μg/g的石英定义为高纯石英。
战略新兴产业的重要材料：高纯石英材料具有化学性质稳定、杂质含量少、耐高温、耐腐蚀、低热膨胀性、高度绝缘等优异物理化学属性，在光伏、半导体、光纤等战略新兴行业发挥着不可替代的作用。
纯度等级：SiO2含量为99.5%～99.99%（2～4N）的石英砂用于光源行业，99.99%（4N）以上用于高端光学器件、激光器件，99.995%～99.9999%（4～5N）的高纯石英砂多用于光伏、半导体等领域。
图：高纯石英砂 图：普通石英砂
图：高纯石英砂用途
2、高纯石英砂纯度直接决定石英坩埚的性能和寿命
目前石英坩埚使用寿命约在400-450小时，实际使用中不到400小时就开始停炉更换石英坩埚。随着技术进步，坩埚使用寿命有望不断提升。
石英坩埚主要应用在硅棒的拉制过程中，需要在 1500℃以上的高温下连续工作 200小时以上，高温会使石英坩埚内壁所含气泡受热释放，影响晶硅拉晶成功率及晶棒品质，使用高纯石英砂制成的坩埚杂质较少，拉晶过程中坩埚内壁不容易产生黑点气泡。由于高温烧制耗损速度快，因此石英坩埚更换周期较短，属于消耗性生产设备，下游需求量大。
图：石英坩埚应用于单晶拉制
图：高纯石英砂用途
3、高纯石英砂市场被美国尤尼明长期垄断，国内仅石英股份可规模量产
美国尤尼明：拥有美国北卡罗莱纳州Spruce Pine地区花岗质伟晶岩原矿，储量超过1000万吨，是全球最理想的高纯石英砂提纯矿石，其还掌握先进的提纯工艺，能够运用数学模型验证矿体，保证产品稳定供给，因此，长期处于垄断地位，占据全球70%以上的高纯石英砂市场；
挪威TQC：依靠美国Spruce Pine 地区的优质矿源和本地石英矿成为第二大石英砂供应商，占据10%的市场份额；
石英股份：公司2009年取得重大技术突破，成为全球第三家，国内唯一一家能够规模量产高纯石英砂的企业。
4、高纯石英砂技术线路
5、主要应用：光伏级石英坩埚
图：石英砂纯度决定其价值量和产品应用领域
石英坩埚是单晶炉中唯一与硅料直接接触的部件，而石英坩埚的性能对成晶、拉晶质量及生产安全至关重要。
石英坩埚一般分为三层，内层（透明层、中层、外层，比例取决于坩埚制造企业，如5:3:2、4:3:3或3:4:3等，即中层石英约占30%-40%。
各纯度标准产品应用领域不同，价格差异大。按应用市场分类：4N级产品主要应用于高级照明、电子封装工业等领域，价格在600-1500美元/吨；4N8级产品主要用于光伏、通信工业领域，价格在5500-8500美元/吨；5N级产品则主要应用于半导体、芯片制造领域，价格在12000-15000美元/吨。
图：石英股份高纯石英砂价格走势（元/吨）
6、市场需求高涨，石英坩埚供给紧缺，毛利率高
随着供需格局趋紧，高纯石英砂单价上涨，我国石英砂龙头石英股份提供的高纯石英砂 2022 年毛利率高达 79%。
图：石英股份高纯石英砂单价及毛利率
7、全球光伏高纯石英砂需求近13万吨
高纯石英砂总需求(吨) = 光伏装机硅片需求量(GW)×单GW硅片消耗石英砂数(吨)×坩埚尺寸、寿命变化等趋势下坩埚耗用的变化系数。坩埚大尺寸趋势既会增大单只坩埚石英砂用量（坩埚体积变大），又会减少单GW硅片耗用只数（坩埚容积变大）；N型硅片占比提升坩埚更换频率提高。
图：不同尺寸硅片对应的单GW硅片使用石英砂数
2022-2024年全球光伏用高纯石英砂需求分别为6.12/10.22/12.91万吨，复合增速为45.24%（同期光伏装机需求复合增速为39.88%）。
图：光伏高纯石英砂需求测算
参考资料
[1]《石英材料行业2022下半年投资策略：高端科技领域关键耗材，国产替代是行业主旋律》
[2]《石英股份-603688-高纯石英砂供需偏紧，市占率有望加速提升》
[3]《高纯石英砂行业：需求高增长，供给壁垒高》
[4]《电力设备新能源行业光伏系列报告（68）：高纯石英砂供应进一步吃紧》
