相比于前两节课的玻璃、胶膜，这节课的辅材大部分同学都会感到有些陌生，但是这个环节确实目前这么多辅材里看起来格局最好的一个。

一、什么是石英砂

行业概况

全世界只有三家企业有能力生产高纯石英砂。除开两家外资企业（尤尼明/挪威TQC)外，国内的石英股份是全球第三家，也是国内唯一可批量供应高纯石英砂的企业。

正是因为竞争对手较少，所以目前来看格局较好。

那我们又是怎么注意到这个细分领域的呢？常年追踪硅片行业的，应该对高纯石英砂不会陌生，我们这里贴一张硅业分会在3月24日发的硅片周评，里面就提到了单晶拉棒坩埚用的石英砂短缺事件，而这个事件也影响到了硅片企业的开工，所以对于石英砂来说，这个不起眼的辅材仍然有牵一发而动全身的效果。

既然是用于拉棒，那我们就来看下石英砂具体是怎么用的，这里我们应用了隆基股份视频号的一个视频，大家可以看到，熔料环节，外面黄色的这个坩埚就是用高纯石英砂所制得，包括后续的引进环节，也是在盛满硅液的坩埚内进行。

左下方这个透明色的碗体就是我们上面所说的石英坩埚，右下方这个图则是引进时静态的一个示意图。

随着这几年，单晶硅棒的直径以及提拉的长度，都在大幅增长，石英坩埚的尺寸也随之攀升，目前已用到了40英寸的产品，也就是正上方这张图。很多同学可能有疑问，为什么要用石英坩埚，因为石英另一个名字也就是硅，其本身的属性也决定了不会带给硅液带去多余的物质。但是前提是你这个石英坩埚必须是由高纯石英砂所制得的。

二、石英产业链

产业链

当然高纯石英砂也不止用在光伏上，这里我们选取的是国泰建材团队的研报，这张图清晰的把石英产业链分为四个环节，从石英砂到石英材料再到石英制品以及最后的终端市场应用。上游的高纯石英砂由于矿源以及技术上的壁垒，产量极少，中游主要以石英制品和石英玻璃为主，目前的终端应用领先域还是以半导体为主，但是光伏由于终端需求的旺盛，将在未来成为高纯石英砂增长最快的场景。

这里有必要说明一点，我国实际上不缺石英砂，但大多都是普通或者是精制级，只能用来做玻璃，而高纯或者超高纯的比例就比较少，这张图是2018年的数据，有点久远，但也可以参考下，我国高纯及以上级别的石英砂只有8%左右。

前面介绍了石英的产业链，这里我们就来看下，发展潜力最大的场景，也就是光伏行业。

首先要说明得一点，石英坩埚是一个耗材，在光伏行业有个专有名词用来判断坩埚使用的时间，叫做拉棒单炉投料量，这代变了一只坩埚可以负担的总投料量，2020年的数据大概是1900kg，相比于2019年的1300kg有着很大的进步，并且后续随着拉棒、坩埚等工艺的提升还有进一步优化的空间，所以从本质上来看，石英坩埚和金刚线很像，都是耗材加上硅片的大扩产。

硅片（拉棒）产能的急速扩张，我在光伏课中也有说过，这里简单地量化下。

如果按照目前的产能规划，从2021年—2022年，这两年里我国每年的新增拉棒产能将达到100GW以上，这对应着每年需要增加2.5万-2.8万吨的高纯石英砂产能。如果把2021、2022这两年合起来看，总共需要增加4到5万吨的高纯石英砂，这和2020年相比，需求量几乎翻倍。当然我们这里用的数据是信达的测算，大家侧面也可以理解下，拉棒增加，坩埚也得多，但是坩埚在上产能这件事上，并没有那么快。

产能上的慢，倒也不是做不出坩埚，原因在于源头的高纯石英砂产能受限。前面我们也说过，目前全球只有三家企业可以生产高纯石英砂，两家外国企业的扩产动力可想而知，而国内的石英股份，2万吨的新产能将在2 0 2 2年的一季度开始爬坡，新建设的1.5万吨项目将在2023年的中期投产。所以在“拉棒单炉投料量”没有跳跃式增长的前提下，这两年的高纯石英砂项目将维持在紧平衡的状态。

但是要注意，石英坩埚分为内层的透明层，以及外层的气泡扩散层，国产石英砂只能用于价值量相对较低的外层，内层还得用美国尤尼明(UNIMIN)的砂，所以价值量更高的内层砂还需要进一步的验证。

石英地埚是由高纯石英砂制成，是光伏多晶硅铸锭炉的关键部件，是拉制大直径单晶硅和多晶硅的消耗性器皿。但是，目前国内石英坩埚所用高纯石英砂基本是来自科维亚（美国尤尼明）,国产石英砂最多用作外层料，甚至有些厂商指明必须用尤尼明砂做的石英坩埚。

通过一个案例与大家讨论一下：国产石英砂做石英坩埚为什么难以出现透明层，且制成的坩埚软化点低？

案例：

1、国产石英砂质量指标

该国产石英砂中12种金属杂质元素总含量降低到20ppm以下，其中A含量为9ppm,Na含量s1.5ppm,K含量低于1ppm,U含量低于1ppm,Fe含量低于0.5ppm,T含量在2ppm左右，其余的杂质含量很少，均低于1ppm。

2、石英坩埚存在的问题

将国产石英砂送到石英坩埚厂打成坩埚，发现存在以下方面的问题：

（1）石英坩埚分为内层透明层和外层气泡扩散层，国产砂打成的石英坩埚内层有许多的类似线状的气泡存在（非常细小），且不透明；而美国UNIMIN的标准砂打成的坩埚内层是和玻璃一样透明的，也没有气泡，为什么会存在这种差别？是因为国产石英砂内部的微小气体包裹体比较多的原因吗？

（2）坩埚在使用时，国产砂制成的坩埚（内层透明层还是用美国砂，国产砂只是做外层不透明层）比美国砂制成的坩埚软化点低，就是比美国砂打的坩埚要提前几分钟或十几分钟就开始软化了，这样容易析晶导致坩埚出现裂纹，为什么？

三、总结

说完了内外层砂的问题，也就结束了本节课，这里小小的做下总结。

我讲的是石英砂行业，更准确的来说是高纯石英砂，这个行业的特点是格局比较好，只有一家国内企业。

为什么在光伏的辅材里讲到这个环节，主要是未来拉棒环节大扩产，会用到很多的石英坩埚，而这些坩埚都需要用高纯石英砂来制取。但是虽然是三家公司有能力生产高纯石英砂，但目前的情况，国内企业以外层砂为主，内层砂还需进一步的客户验证。

恭喜你完成本节课，这节课是和拉棒有关的石英，下节课我将讲一个和电池片技术相关的辅材，下节课再见。

敲  黑  板：

石英砂：

行业：全球仅三家企业(高纯石英砂) → 格局好

石英坩埚：拉棒环节使用

石英产业链：石英砂→石英材料→石英制品→终端市场应用

光伏东风：拉棒扩产速度>高纯石英砂的扩产速度

国产替代：内层砂还需进一步验证