石英资源在光伏产业中的应用
- 2022-08-31 09:12:53
- 来源：中国矿业报
- 作者：张亮 刘磊
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新能源是指传统能源之外的各种能量形式，如太阳能、水能、地热能、风能、生物质能、核能等。新能源产业对于减少碳排放、缓解能源危机具有重要意义，是实现碳达峰碳中和目标的重要一环。
太阳能光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，而将光能直接转变为电能的一种技术，具有安全可靠、绿色清洁、可再生、适用地区广等优点，是新能源产业的重要发展方向，近年来发展迅速。
石英是一种架状结构氧化物矿物，具有硬度高、化学性能稳定、隔热性好等优点，广泛应用于建筑、机械、冶金、电子电器、新材料、新能源等行业，是一种重要的战略性非金属矿资源。石英资源在光伏发电领域应用广泛，是光伏发电行业的关键基础性原材料之一。
太阳能光伏电板
目前，光伏发电板主要结构组成为：层压件（由上至下钢化玻璃、EVA、电池片、背板）、铝合金架、接线盒、硅胶（粘结各部件）。其中，在制造过程中使用石英资源为基础原料的部件有钢化玻璃、电池片、硅胶以及铝合金，不同组件对石英砂要求各不相同，用量各不相同。
钢化玻璃层主要起保护作用，保护位于其下的电池片等内部结构，要求其透光率透明度好、能量转化率高、自爆率低、强度高且薄。目前太阳能钢化玻璃应用最为广泛为低铁超白玻璃，低铁超白玻璃通常要求石英砂中主要元素SiO2≥99.30%，Fe2O3≤60ppm等，制作太阳能光伏玻璃所用石英资源多采用石英岩、石英砂岩、滨海石英砂等资源经选矿提纯获取。
太阳能光伏发电板主要结构组成
电池片是光伏发电的核心部件，主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池以及多元化合物电池等，应用最为广泛的为单晶硅电池和多晶硅电池。相较多晶硅电池，单晶硅电池具有光转化率高（15%~21%，大多在18%左右）、使用寿命长优点，但制作成本高，受材料物理性能限制，要达到30%以上的转化率的可能性较小；相较单晶硅电池，多晶硅电池光转化效率低（12%~18.5%，大多在16%左右），与单晶硅电池相比，多晶硅电池光转化效率低，使用寿命短，目前正在逐渐被单晶硅电池替代；非晶硅电池具有轻薄、质轻、柔性好等优势，应用范围非常广泛，尤其适合用在光伏建筑一体化之中，但其光转化效率偏低；多元化合物电池（如砷化镓、硫化镉电池等）光电转化效率高，但是价格昂贵，多用于航空航天等重要领域，没有规模化产业化的实用价值。制作光伏单晶硅、多晶硅通常利用金属硅制作，受成本影响，制作多晶硅的金属硅对石英原料要求较高，通常用SiO2＞99.9%的石英砂经冶炼、提纯制成，制作多晶硅所用石英资源可从优质石英岩、石英砂岩、脉石英等资源中获取。在生产多晶硅、单晶硅过程中用到的坩埚、扩散管等材料为光伏级高纯石英砂，通常要求石英砂SiO2≥99.99%杂质元素总含量应小于25ppm，其中K、Li、Na小于2.5ppm。目前，全球可以制作该类型高纯石英砂的石英资源主要从花岗岩石英中制得（少部分从脉石英提取），该类资源主要集中在美国。我国石英股份、福东等公司生产石英坩埚所用石英原料基本从美国尤尼明进口。
硅胶主要起密封作用，将各个组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处等部位进行密封。目前，硅胶多通过金属硅制得，硅胶用金属硅对石英资源要求相较多晶硅、单晶硅用金属硅要低，通常石英砂品质SiO2>99.0%的石英资源可制得。
铝合金主要是在冶炼过程中加入少量金属硅，增强性能。冶炼用硅金属硅与硅胶类似，对石英砂的品质要求较低。
