石英資源在光伏產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用
石英是一種架狀結(jié)構(gòu)氧化物礦物，具有硬度高、化學(xué)性能穩(wěn)定、隔熱性好等優(yōu)點(diǎn)，石英因其高折射率而被廣泛應(yīng)用于光纖傳輸和光伏領(lǐng)域，同時(shí)，石英具有透光性，可制成石英玻璃，被稱為“玻璃材料之冠”。高純度石英用于高科技領(lǐng)域，如生產(chǎn)半導(dǎo)體晶體硅，將其制成二氧化硅坩堝以容納高溫硅熔體。石英的優(yōu)良性能及廣泛應(yīng)用使其在高科技發(fā)展的時(shí)代脫穎而出，石英資源既是光伏發(fā)電行業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)性原材料之一，更是一種重要的戰(zhàn)略性非金屬礦資源。
太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)，而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)，具有安全可靠、綠色清潔、可再生、適用地區(qū)廣等優(yōu)點(diǎn)，是新能源產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，近年來(lái)發(fā)展迅速。
目前，光伏發(fā)電板主要結(jié)構(gòu)組成為：層壓件（由上至下鋼化玻璃、EVA、電池片、背板）、鋁合金架、接線盒、硅膠（粘結(jié)各部件）。其中，在制造過(guò)程中使用石英資源為基礎(chǔ)原料的部件有鋼化玻璃、電池片、硅膠以及鋁合金，不同組件對(duì)石英砂要求各不相同，用量各不相同。
鋼化玻璃層主要起保護(hù)作用，保護(hù)位于其下的電池片等內(nèi)部結(jié)構(gòu)，要求其透光率透明度好、能量轉(zhuǎn)化率高、自爆率低、強(qiáng)度高且薄。目前太陽(yáng)能鋼化玻璃應(yīng)用最為廣泛為低鐵超白玻璃，低鐵超白玻璃通常要求石英砂中主要元素SiO2≥99.30%，F(xiàn)e2O3≤60ppm等，制作太陽(yáng)能光伏玻璃所用石英資源多采用石英巖、石英砂巖、濱海石英砂等資源經(jīng)選礦提純獲取。
電池片是光伏發(fā)電的核心部件，主要有單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池以及多元化合物電池等，應(yīng)用最為廣泛的為單晶硅電池和多晶硅電池。相較多晶硅電池，單晶硅電池具有光轉(zhuǎn)化率高（15%~21%，大多在18%左右）、使用壽命長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)，但制作成本高，受材料物理性能限制，要達(dá)到30%以上的轉(zhuǎn)化率的可能性較小；相較單晶硅電池，多晶硅電池光轉(zhuǎn)化效率低（12%~18.5%，大多在16%左右），與單晶硅電池相比，多晶硅電池光轉(zhuǎn)化效率低，使用壽命短，目前正在逐漸被單晶硅電池替代；非晶硅電池具有輕薄、質(zhì)輕、柔性好等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍非常廣泛，尤其適合用在光伏建筑一體化之中，但其光轉(zhuǎn)化效率偏低；多元化合物電池（如砷化鎵、硫化鎘電池等）光電轉(zhuǎn)化效率高，但是價(jià)格昂貴，多用于航空航天等重要領(lǐng)域，沒(méi)有規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的實(shí)用價(jià)值。制作光伏單晶硅、多晶硅通常利用金屬硅制作，受成本影響，制作多晶硅的金屬硅對(duì)石英原料要求較高，通常用SiO2＞99.9%的石英砂經(jīng)冶煉、提純制成，制作多晶硅所用石英資源可從優(yōu)質(zhì)石英巖、石英砂巖、脈石英等資源中獲取。在生產(chǎn)多晶硅、單晶硅過(guò)程中用到的坩堝、擴(kuò)散管等材料為光伏級(jí)高純石英砂，通常要求石英砂SiO2≥99.99%雜質(zhì)元素總含量應(yīng)小于25ppm，其中K、Li、Na小于2.5ppm。而超高純石英含量大于99.999%（Al<8 ppm，F(xiàn)e<0.05 ppm，Ti<1.3 ppm等）。以美國(guó)Union Ming公司為例，其IOTA標(biāo)準(zhǔn)得到國(guó)際認(rèn)可，其產(chǎn)品純度達(dá)到99.9994%。制備高純石英的方法有兩種：合成法和提純法，其中合成法依靠合成晶體，用四氯化碳?xì)庀喑练e和溶膠-凝膠法進(jìn)行液相沉積。由于合成成本高，以及晶體資源逐漸枯竭，將提純方法的優(yōu)化提上日程，這是石英提純發(fā)展的現(xiàn)實(shí)原因。石英提純的主要方法有物理處理、化學(xué)處理和生物處理。進(jìn)一步細(xì)分包括高溫煅燒、微波加熱、水淬、磨礦、篩分、色選、磁選、浮選、酸浸、超聲波處理、氯化焙燒等等。目前，全球可以制作該類型高純石英砂的石英資源主要從花崗巖石英中制得（少部分從脈石英提?。擃愘Y源主要集中在美國(guó)。我國(guó)石英股份、福東等公司生產(chǎn)石英坩堝所用石英原料基本從美國(guó)尤尼明進(jìn)口。
硅膠主要起密封作用，將各個(gè)組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處等部位進(jìn)行密封。目前，硅膠多通過(guò)金屬硅制得，硅膠用金屬硅對(duì)石英資源要求相較多晶硅、單晶硅用金屬硅要低，通常石英砂品質(zhì)SiO2>99.0%的石英資源可制得。
鋁合金主要是在冶煉過(guò)程中加入少量金屬硅，增強(qiáng)性能。冶煉用硅金屬硅與硅膠類似，對(duì)石英砂的品質(zhì)要求較低。
21世紀(jì)屬于硅基材料的未來(lái)。隨著半導(dǎo)體、光伏電池等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)材料數(shù)量和質(zhì)量的需求越來(lái)越大。因此，如何有效提純石英（尤其是高純和超高純石英）成為當(dāng)前和未來(lái)的研究熱點(diǎn)。石英的主要成分是二氧化硅。