Sådan beregnes renheden af silica (SiO₂) i kvartsmaterialer

Til at begynde med skal du bruge en GDMS-rapport (Glow Discharge Mass Spectrometry). Den kan bruges til at lave et foreløbigt skøn over den teoretiske renhed af silica (SiO₂). Man skal dog være opmærksom på følgende vigtige begrænsninger og beregningsmetoder:

---

GDMS-rapport

1. Eksempel på metode til estimering af SiO₂-renhed

(1) Direkte beregningsmetode (metode til fradrag af hovedkomponenter)

Antagelse:
Hovedkomponenten i kvartsrøret er SiO₂, og alle andre elementer betragtes som urenheder.

Formel:
SiO₂-renhed ≈ 100% - Σ (indhold af alle urenheder)

Beregningstrin:

1. Uddrag fra rapporten indholdet af alle andre urenheder end ilt og silicium (i ppm efter vægt).
2. Læg indholdet af urenheder sammen for at få det samlede indhold af urenheder.
3. Træk den samlede urenhedsprocent (ppm ÷ 10.000) fra 100%.

---

(2) Faktisk beregning (baseret på rapportdata)

Bestem den samlede mængde af påviste urenheder (enhed: ppm):

Li (0,16) + B (1,1) + Na (0,29) + Mg (0,05) + Al (11) + Ti (3,4) + K (0,58) + andre øvre grænser (f.eks. Fe <0,5, Cr <0,5 ...)

≈ 0,16 + 1,1 + 0,29 + 0,05 + 11 + 3,4 + 0,58 + 0,5 (Fe) + 0,5 (Cr) + 0,05 (Ni) + 0,1 (Cu) + 1 (Ca)

≈ 18,73 ppm (konservativt skøn, beregnet ved hjælp af øvre grænser)

SiO₂ Renhed:
100% - (18,73 ÷ 10.000) = 99.8127%

---

(3) Korrektionsfaktorer

• Uopdagede elementer: Elementer markeret med "-" i rapporten (såsom Au, Hg osv.) kan være under instrumentets detektionsgrænse, men tælles ikke med i de samlede urenheder.
• Iltindholdet er ikke kvantificeret: Rapporten markerer kun ilt som en "hovedkomponent", men i faktisk SiO₂ udgør ilt 53,2% af sammensætningen (korrektion af det støkiometriske forhold er påkrævet).

---

2. Konklusion på renhedsevaluering

• Konservativ renhed: ≥ 99,81% (beregnet ved hjælp af de øvre grænser for GDMS-opdagede urenheder)
• Den faktiske renhed kan være højere: Hvis nogle elementer er langt under deres øvre grænser (f.eks. er Fe kun 0,1 ppm), kan renheden nå op på 99.9%.

---

3. Vigtige begrænsninger og overvejelser

(1) Begrænsninger ved GDMS-metoden

• Semi-kvantitative data: For eksempel kan Fe <0,5 ppm faktisk være 0,1 ppm eller 0,01 ppm, hvilket kan påvirke renhedsberegningen betydeligt.
• Mangler lyselementer: GDMS har en svag detektionskapacitet for lette elementer som C og H, hvilket kan føre til en undervurdering af de samlede urenheder (f.eks. hydroxyl OH- ikke detekteret).

(2) Sammenligning med industristandarder

Materialekvalitet	Typisk krav til SiO₂-renhed	Estimeret renhed fra GDMS	Opfylder standarden
Kvarts af industriel kvalitet	≥99.5%	99.81%	✅ Ja
Kvarts af fotovoltaisk kvalitet	≥99.9%	Tæt på, men usikkert	⚠ ICP-MS-verifikation nødvendig
Kvarts af halvlederkvalitet	≥99.99%	Ikke opnået	❌ Nej

---

4. Anbefalinger for anvendelse af materialet

• Industriel/almen brug: En renhed på 99,8% er tilstrækkelig og kan bruges direkte.
• Anvendelse af fotovoltaik/halvledere:
  • Brug ICP-MS til at bekræfte, om kritiske metalliske urenheder (Fe, Na osv.) virkelig er under 0,1 ppm.
  • Suppler med FTIR-test for at bestemme hydroxylindholdet (OH- < 5 ppm).

Resumé:
Dette materiale hører til kvarts af høj renhed i industriel kvalitet, men opfylder ikke kravene til halvlederkvalitet (4N5 eller 5N).

Beslutningsgrundlag:
Hvis kundens proces er følsom over for Fe/Na-forurening (f.eks. PERC-solceller), bør man prioritere at verificere de faktiske urenhedsniveauer.