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NH2CHNH2（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110。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110。
　　理论上，钙钛矿太阳能组件单W成本约0。50。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23，理论总成本约为0。50。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160180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：
　　（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
　　精选报告来源：【未来智库】。链接