光伏钙钛矿行业深度研究下一代光伏新技术，设备先行

　　（报告出品方/作者：浙商证券，邱世梁、王华君、李思扬）钙钛矿：下一代光伏新 技术，设备先行
　　钙钛矿设备：仅涉及电池片+组件设备，价值量较晶硅提升
　　钙钛矿GW级量产后，电池片、组件设备价值量较晶硅电池提升。 晶硅电池 电池片+组件设备价值量：PERC约1.9亿元/GW，TOPCon约2.4亿元/GW，HJT约4.6亿元/GW。 钙钛矿 电池片+组件设备价值量：现在100MW级产线设备投资额超过1亿元，GW级产线设备投资额近10亿元。未 来GW级量产、成熟后，有望逐步降至5亿元/GW左右。
　　钙钛矿设备：核心设备研发、交付顺利，国产厂商创造多项第一
　　以德沪涂膜、京山轻机（晟成光伏）、迈为股份、捷佳伟创、众能光电、弗斯迈、红太阳、欣奕华等国产钙钛矿设备厂商 全球竞争实力雄厚，部分设备已进入验收、出货、交付阶段。
　　钙钛矿电池：中国产业化全球领先，2023年新建产能约2GW
　　以协鑫光电、纤纳光电、极电光能为首的本土钙钛矿电池厂商产业化进度引领全球。根据各公司披露规划，预计2023年 钙钛矿太阳能电池新建产能近2GW。钙钛矿： 最具潜力光电材料之一， 性能优异应用广泛
　　结构特性优异的光电材料，光伏领域潜力大
　　钙钛矿是一种具有很强光-电转换效率的材料结构，应用广泛关注度高。钙钛矿（分子通式为ABX3的一类晶体材料），最早是 1839年德国科学家GustavRose发现了元素组成为CaTiO3矿物，后来人们将具有这种晶体结构的物质统称为钙钛矿。在钙钛 矿八面体结构中，A是较大的阳离子，B是较小的阳离子，X是阴离子，每个A离子被B和X离子一起构成的八面体所包围。 钙钛矿材料由于其光吸收系数高、载流子迁移率大、合成方法简单等优点，被认为是下一代最具前景的光电材料之一。
　　光伏领域是钙钛矿结构材料的主要应用领域之一。钙钛矿结构可设计性强，具有非常好的光伏性能，是光伏近年来的热门研究 方向。在钙钛矿的ABX3结构中，A是阳离子，如有机阳离子甲胺 CH3NH3+(MA+)、甲脒NH2CH=NH2+（FA+）、金属阳 离子铯Cs+、铷Rb+等；B一般是二价金属阳离子，如铅离子Pb2+、锡离子Sn2+；X一般是卤素阴离子，常为氯离子Cl-、溴 离子Br-、碘离子I-等。
　　钙钛矿太阳能电池是第三代高效薄膜电池的代表
　　常见的钙钛矿太阳能电池各层作用： 玻璃：太阳光透过玻璃照射进来；透明前电极（TCO）：FTO或ITO导电层，镀在玻璃上作为电池 的光阳极； 电子传输层（ETL）：通常为TiO2或SnO2，覆盖在TCO表面， 起到了将电子从钙钛矿传输到光阳极以及阻止空穴从钙钛矿传输 到光阳极的作用； 介孔层：存在于介孔结构中，是钙钛矿的支架； 钙钛矿层：是光吸收层，吸收光并产生电子空穴对；空穴传输层（HTL）：将空穴从钙钛矿传输到金属对电极中，并 同时阻止电子传输到金属对电极中； 金属对电极：作为电池的光阴极。核心亮点：高效率、 低成本优势； 稳定性、大面积制备 问题正突破
　　效率：理论极值高于晶硅，可制叠层电池、产业化意义重大
　　单结钙钛矿电池当前最高转换效率达25.7%，理论转化效率可达31%。单结钙钛矿电池指只有一个PN结的钙钛矿太阳能电池 ，多结钙钛矿电池指有多个PN结的钙钛矿太阳能电池，多结的钙钛矿电池光谱吸收效果更好、效率更高，但成本也更高。理 论上单结钙钛矿电池最高光电转换效率可达31%，多结钙钛矿电池最高光电转换效率可达50%以上，显著高于晶体硅太阳能电 池的29.4%。
　　钙钛矿叠层电池是产业化重点方向之一，效率上限高
　　钙钛矿带隙宽度可调，可制备高效叠层电池。钙钛矿可制备2结、3结及以上的叠层电池，其中2结叠层电池有钙钛矿-钙钛矿 和钙钛矿-晶硅叠层电池两种，理论转换效率可提高到40%以上，3结及以上钙钛矿叠层电池的理论转换效率更是能达到50%左 右。
　　全钙钛矿叠层电池：可将效率极限提高至43%以上
　　全钙钛矿叠层电池：理论效率最高的钙钛矿叠层电池。全钙钛矿叠层电池是以宽带隙钙钛矿电池为顶电池、窄带隙钙钛矿电 池为底电池的钙钛矿叠层电池。全钙钛矿叠层电池的主要优势有： 1）更高的理论效率。全钙钛矿叠层电池两个子电池的带隙宽度都可以调整，因此可以最大范围地对太阳光谱高效利用，双 结钙钛矿叠层电池理论极限效率超过43%。 2）更低的度电成本。全钙钛矿电池理论极限效率高、原材料成本低且易得、制备流程简单等特点，使其在理论上有着更低 的度电成本。 3）更广泛的应用场景。相较于钙钛矿-晶硅叠层电池，全钙钛矿电池的透光性、弯曲耐折度更好，可制备高效柔性光伏电 池组件，在BIPV、航空航天等领域有重要战略意义。
　　钙钛矿-晶硅叠层电池：最接近产业化的技术路径之一
　　钙钛矿-晶硅叠层电池：最接近产业化的钙钛矿电池之一。钙钛矿-晶硅叠层电池是以晶硅电池作为底电池，在其基础上沉积 钙钛矿电池作为顶电池的叠层电池。当前钙钛矿-HJT叠层电池最高认证效率世界纪录为31.3%；钙钛矿-TOPCon叠层太阳 电池的最高效率是28.2%。
　　钙钛矿与HJT的叠层匹配度更好，叠层电池效率更高
　　钙钛矿-HJT叠层电池是当下钙钛矿与晶硅叠层电池的产业化主流，具有以下优势： 1）HJT开路电压更高，和钙钛矿电池叠层匹配度更好，制成叠层电池后转换效率更高。 2）钙钛矿与HJT叠层工艺更加顺畅。HJT的前表面为ITO层，可直接用作叠层电池隧穿层，且两者都适用低温工艺， TOPcon和钙钛矿叠层则需要更多的工艺和设备调整。 3）HJT电池本身在转换效率、工艺步骤、成本、温度系数、双面率、抗衰减性等方面，较TOPCon优势明显。
　　成本：钙钛矿有望较晶硅大幅降低，原材料易得能耗较低
　　钙钛矿电池产业链显著缩短，原材料到组件仅需45分钟。晶硅电池在四个不同工厂内分别加工硅料、硅片、电池、组件 ，此过程需要至少耗时3天。协鑫纳米披露，钙钛矿太阳能电池的生产流程简单，可在45分钟内将玻璃、胶膜、靶材、 化工原料在单一工厂内加工成为组件，产业链显著缩短，价值高度集中。
　　钙钛矿电池可低温溶液制备，单瓦能耗仅为晶硅的1/10。钙钛矿太阳能电池只需通过简单的旋涂、喷涂、刮涂等溶液工 艺实现成膜，整个生产过程温度不超过150℃，较晶硅材料制备所需的最高工艺温度1700℃极大降低了生产能耗。制造 1瓦单晶组件的能耗大约为1.52KWh，而每瓦钙钛矿组件的生产能耗仅为0.12KWh，单瓦能耗仅占晶硅的1/10。
　　理论上，钙钛矿太阳能组件单W成本约0.5-0.6元，仅为晶硅极限成本的50%。在钙钛矿单片组件成本结构中，钙钛矿 占比约5%，玻璃、靶材等占2/3，理论总成本约为0.5-0.6元，仅为晶硅极限成本的50%。
　　稳定性、大面积制备待突破，是制约产业化的最重要因素
　　稳定性是制约钙钛矿太阳能电池产业化的重要因素。钙钛矿太阳能电池作为历史上发展最快的光伏技术，在效率及成本 端均较晶硅类电池有优势，但主要缺点是寿命短（稳定性低）。
　　大面积制备：目前钙钛矿太阳能电池大面积模块的效率仍远低于小面积，高质量、均匀、一致的大面积薄膜制备方法有 待突破。 小面积电池与大面积模块之间存在显著的效率差距的原因主要有： （1）溶液处理法下大面积薄膜的覆盖率、均匀性、平整度控制难度更高； （2）尺寸增大时，钙钛矿层的缺陷也增加，对光诱导载流子的提取和传输产生负面影响； （3）在大面积钙钛矿电池中，由于栅线区和刻蚀区等非光活性死区的面积增大，器件的有效光照面积下降。在串并联结构 的设计和组件工艺影响下，透明电极的电阻随面积增大而近似线性增加，使电池的串联电阻增加，性能下降。
　　大面积制备：大面积涂膜的均匀性、覆盖率、平整性等正逐步提升，而涂膜后的结晶工艺是目前产业化的难点，也是各厂 商工艺改进的重点。 目前调节结晶过程的工艺路线有多种，各厂家采用的工艺和配方也各不相同，包括隧道炉、风刀、反溶剂浴等。有研究表 明，快速成核和缓慢结晶是提高钙钛矿薄膜质量的关键，也是当下很多钙钛矿厂家发展的方向，未来大面积结晶工艺的进 展会直接影响大面积钙钛矿器件的光电转换效率提升速度。 除此之外，改进激光刻线工艺、增加钙钛矿电池有效光照面积，优化电池串并联结构等，也是提高大面积钙钛矿组件效率 的路径方案。市场空间： 预计2030年设备市场 空间超800亿，BIPV 带来千亿应用空间
　　电池空间：轻、薄、柔、透特性优异，BIPV 领域市场规模超千亿
　　质量轻、厚度低、可弯曲、半透明等特性丰富了钙钛矿电池的应用场景。晶硅太阳能电池中的硅片厚度通常为160-180微米， 而钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层的厚度仅为0.3微米。钙钛矿太阳能电池采用低温溶液法制备即可实现优异的光电性能，十分 适合制备成柔性电池，以便与航空、军事、建筑、可穿戴式发电器件集成在一起，极大拓宽了应用场景。目前柔性钙钛矿太阳 能电池的最高光电转换效率已达23.68%。钙钛矿电池设备逐步 验收出货，2023年新 增产能近2GW
　　湿法、干法两种技术路线，对应涂布、蒸镀两种核心设备
　　在目前的钙钛矿电池产业化中，钙钛矿层的制备工艺主要以湿法（涂布）工艺为主，部分厂家采用干法（蒸镀）或干 湿结合法。 涂布法较蒸镀法主要有以下优势：1）涂布法采用先涂前驱体溶液、再干燥结晶的方式，所得钙钛矿层晶相更大，转 换效率更高。2）蒸镀法对真空环境要求较高，设备成本更高，涂布法设备成本更低。3）涂布法材料利用率更高。4） 涂布法成膜速度快，生产效率更高。
　　钙钛矿设备：仅涉及电池片+组件设备，价值量较晶硅提升
　　钙钛矿GW级量产后，电池片、组件设备价值量较晶硅电池提升。晶硅电池 电池片+组件设备价值量：PERC约1.9亿元/GW，TOPCon约2.4亿元/GW，HJT约4.6亿元/GW。 钙钛矿 电池片+组件设备价值量：现在100MW级产线设备投资额超过1亿元，GW级产线设备投资额近10亿元。未 来GW级量产、成熟后，有望逐步降至5亿元/GW左右。
　　钙钛矿设备：核心设备研发、交付顺利，国产厂商创造多项第一
　　以德沪涂膜、京山轻机（晟成光伏）、迈为股份、捷佳伟创、众能光电、弗斯迈、红太阳、欣奕华等国产钙钛矿设备厂商 全球竞争实力雄厚，部分设备产品已进入验收、出货、交付阶段。报告节选：
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　　精选报告来源：【未来智库】。「链接」