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钙钛矿电池：下一代光伏电池，产业格局全景解析

韭菜斌

2023-11-15 12:49:19

随着TOPCon、HJT、IBC等技术逐步成熟，逼近其光电转换效率理论极限，业界开始寻找新一代太阳能技术。

钙钛矿太阳能电池实验室光电转换效率迅猛增长，叠层电池的实验转换效率已经超越硅基太阳能技术。

钙钛矿电池转化效率提升速度快：

资料来源：NERL

随着产业化进程加速和技术进步，钙钛矿组件未来的生产成本有望大幅降低，届时钙钛矿组件的产品竞争力将显著提升，市场份额也将不断提升。

据现有钙钛矿产线规划测算，2023、2024年的产能增速将达近80%、256%，实现低基数的高增长弹性，具备电池技术迭代的革命性意义。

钙钛矿电池相对于晶硅类电池具有两个优势，一是转换效率高，且效率提升速度更快，三节钙钛矿叠层电池的理论效率可达到50%，与目前主流的25%左右电池技术相比空间较大，二是钙钛矿原材料易得且制造产业链明显缩短，其产业化潜力较大，有望成为未来产业化的重点发展方向。

太阳能电池技术路线图：

资料来源：NREL

01 钙钛矿电池行业概览

钙钛矿电池命名取自俄罗斯矿物学家Perovski的名字，结构为ABX3以及与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。

钙钛矿太阳能电池（PSCs）是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代高效薄膜电池的代表。其具有高效率、低成本、高柔性等优势，是未来光伏BIPV、电动汽车移动发电电源领域的明星材料。

钙钛矿可以与HJT、TOPCon等晶硅电池组成叠层电池，有望进一步提升光电转换效率。

钙钛矿电池材料成本低，结构简单，制造工艺流程短，生产能耗低。

以1GW产能投资来对比，晶硅的硅料、硅片、电池、组件全部加起来，需要大约9亿、接近10亿元的投资规模，而钙钛矿1GW的产能投资，在达到一定成熟度后，约为5亿元左右，是晶硅的1/2。

钙钛矿电池材料：

资料来源：索比光伏网

02 钙钛矿电池产业链

钙钛矿电池产业链明显短于晶硅电池产业链，仅包含原材料加工、功能层制备、组装三大环节，产业链长度缩短一半。

其中，原材料包括钙钛矿材料、TCO导电玻璃、胶膜以及光伏玻璃；产业链中游则是众多钙钛矿电池厂商；下游应用于光伏产业、LED、BIPV等众多领域。

据协鑫纳米的披露，100兆瓦的单一工厂，从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入，到组件成型，总共只需45分钟。

而对于晶硅来说，硅料、硅片、电池、组件需要四个以上不同工厂生产加工，倘若所有环节无缝对接，一片组件完工大概也要三天左右时间，用时差异很大。

资料来源：能镜

钙钛矿太阳能电池由多个功能薄膜叠加而成，所以制备钙钛矿太阳能电池的基本方法是在基底上一层层累置薄膜。

核心制备工艺包括薄膜制备、激光刻蚀、封装三大步，关键在实现大面积高质量薄膜制备。

钙钛矿太阳能电池的组件生产流程包括沉积透明导电层（TCO）、沉积电子传输层（ETL）、沉积钙钛矿层、沉积空穴传输层（HTL）、背电池制备、组件封装，较晶硅类太阳能电池制备大幅简化。

钙钛矿太阳能电池产业链显著缩短：

资料来源：SOLOR MAGAZINE，浙商证券

03 钙钛矿电池市场格局

钙钛矿电池行业目前大部分企业产能正处从0-1的过程中，呈现百家争鸣的格局。

根据CPIA，协鑫光电已投建全球首条100MW大面积组件中试线，已开始建设GW级产线；极电光能也已开始建设150MW 试验线；万度光能2GW钙钛矿光伏组件研发及制造基地已开工建设。

根据对公开信息的整理披露，行业内现有钙钛矿产能1.04GW，在建产能3.75GW，后续规划产能超30GW。

钙钛矿总规划产能超30GW：

资料来源：公开资料，国金证券、行行查

钙钛矿电池主要布局厂商还包括隆基绿能、东方日升、皇氏集团、拓日新能、金刚光伏、中来股份、聆达股份、奥联电子、赛伍技术、通威股份、合特光电（杭萧钢构子公司）、金晶科技、耀皮玻璃、西子洁能、宝馨科技、七彩化学、万润股份、明阳智能、宁德时代、清能院等。

04

钙钛矿电池设备

提升叠层电池器件中钙钛矿顶电池的稳定性和大面积制备成为了技术开发的关键所在，也是叠层电池迈向产业化的基础。

钙钛矿电池设备研发，助力钙钛矿电池成熟商用钙钛矿电池原料用量少，不稀缺，其关键技术壁垒将建立在设备端。

产线设备类型主要为镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备等。

镀膜设备价值量过半，相应的设备企业有捷佳伟创、迈为股份、京山轻机、众能光电、钧石能源、理想晶延等，其中捷佳伟创于2022年7月获钙钛矿电池量产RPD 镀膜设备订单，该RPD 设备具备较高技术壁垒。

蒸镀设备主要涉及京山轻机等，2021年5月京山轻机子公司晟成光伏与协鑫光电开展叠层技术战略合作，晟成光伏钙钛矿团簇型多腔式蒸镀设备已实现量产并应用于多个客户端。

涂布设备主要用于制作钙钛矿吸光层，主要企业有德沪涂膜、众能光电、曼恩斯特、科恒股份等。

激光设备的公司包括大族激光、迈为股份、德龙激光、杰普特、帝尔激光、海目星、众能光电、利元亨等。

封装设备主要生产厂商有奥特维、金辰股份、弗斯迈、百佳年代等。

随着学术界不断刷新钙钛矿电池光电转换效率，初创企业如雨后春笋，传统巨头也准备加深护城河，钙钛矿电池已经来到商业化的前夜。各家企业着力解决大尺寸面积，高性能高稳定性钙钛矿电池组件制造问题。

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