光伏设备钙钛矿专题报告：光伏电池新势力，产业化进程正加速
1.钙钛矿电池效率、成本优势兼备
降本增效背景下，光伏电池持续迭代
降本增效驱动下，光伏电池基本经历了三个发展阶段： 第一阶段：晶硅电池，主要包括单晶硅电池和多晶硅电池两类，目前已实现商业化，但单晶硅电池生产成本高、制备工艺复 杂、能耗高且会造成环境污染。 第二阶段：薄膜电池，主要包括非硅基薄膜电池、多晶硅薄膜电池、铜铟镓硒和砷化镓薄膜电池等，比硅基电池更能容忍较 高的缺陷密度，在高温下能量转换效率衰减更小，弱光环境仍可以工作，但生产成本高、需要稀缺元素。 第三阶段：新型电池，主要包括染料敏化电池、钙钛矿电池和有机太阳电池等，具有能耗低、成本低、环境友好、原料丰富、 制备工艺简单等优势。
电池结构简洁，钙钛矿层是光电转换核心
反式结构是主流应用，正式结构可以低温制备。钙钛矿电池的基本结构可分为 正式结构（演化自染料敏化电池）、反式结构（演化自有机太阳电池），正式 结构最大优势在于电子传输层可以低温制备，反式结构制备工艺简单、成本较 低，目前反式结构是主流应用。根据阳极结构的不同，正式结构电池可分为平 面型和介孔型，两者基本结构几乎一致，自下而上分别为TCO玻璃、电子传输 层（ETL）、活性钙钛矿层、空穴传输层（HTL）和金属电极，差别在于，介 孔型比平面型多了一层厚度为几百纳米的半导体多孔层。
钙钛矿层是光电转换的核心。钙钛矿层吸收光子产生电子-空穴对，由于钙钛矿 材料的激子束缚能很小，在室温下就能分离为自由的载流子，并分别被传输层 材料传输出去、再被电极收集，形成电流做功，完成整个光电转换过程。
钙钛矿电池理论转换效率更高
晶硅电池转换效率提升空间有限。根据前瞻产业研究院数据，晶硅电池理论极限效率为29.43%，TOPCon电池理论极限效率为 27.5%，HJT电池理论极限效率为28.2%-28.7%；目前TOPCon量产效率已达24.6%，HJT平均量产效率已超24%，晶硅电池量产 效率提升空间有限，未来十年内或触及瓶颈。
钙钛矿电池转换效率快速提升、空间更大。用于光伏电池的钙钛矿材料，其A位通常是某种有机基团，B位是金属阳离子X位 是卤族阴离子，共同构成有机无机杂化钙钛矿，以CH3NH3PbI3为例，Pb和6个I组成一个[PbI6]八面体，8个[PbI6]八面体组成 网络架构，CH3NH3+位于网络最中间，起到平衡作用。受益于特殊物相结构，有机无机杂化材料不仅能使半径差别悬殊的离 子稳定共存，还赋予了诸多优异的电化学性能，包括窄禁带宽度、高吸收系数、高载流子迁移率和扩散长度等，这些特性使 得极薄的钙钛矿膜层可以充分利用太阳光谱。另外，钙钛矿材料对杂质的容忍度极高，避免了晶硅常见的LID、PID和LeTID 等光照/升温导致的效率衰减。钙钛矿电池转换效率提升快，且理论转换效率较高，单结可达31%，超过晶硅电池极限，2结叠 层可达40%左右，3结叠层可达50%左右。
2. 行业扩产加速，各环节优化空间大
近年产业化加速，2025年或将步入成熟阶段
从行业产线规模、项目进展来看，2022年是钙钛矿产业化元年，我们预计，2023年-2024年扩产加速，或将出现更多百MW级 产线投产、部分GW级产线招标，2025年将步入成熟商业化阶段。
材料方案尚未定型，优化空间较大
TCO玻璃：最下面是基材，目前刚性板以白玻为主，柔性板可以用软性塑胶板；基材上面是FTO（掺氟氧化锡）或ITO（氧化 铟锡）。 ITO：白玻上的附着效果更好，ITO导电玻璃做能量匹配时，空穴传输层需要用spiro，其他材料难以匹配；另外，铟的含量较 少，长远不合理。 FTO：难以制备均匀膜层，更佳的方案是直接向玻璃厂商购买FTO玻璃，玻璃厂商在熔炼过程中直接附着FTO膜，均匀度更好。
背电极：学术端，多采用金、银；产业端，多采用铜、合金或金属氧化物。 金：常见电极材料，价格昂贵，且蒸发沉积中仅少部分制备成电极，大量浪费。 银/铝：相比金电极，具备成本优势，但易与钙钛矿膜生产卤化物，影响电极导电性，降低电荷收集效率。 碳电极：满足导电性要求，能够极大程度削弱水、氧气、太阳光等对钙钛矿层的影响，进而提高电池稳定性；可利用丝网印刷 /喷墨打印制备，成本低、易于大面积制备。
设备方案是性能与成本的平衡
设备方案尚未定型，存在较大优化空间。目前钙钛矿成膜路线尚未标准化，存在多种选择方案。器件结构、材料组分、工艺 方案均会影响设备选择，小面积制备阶段，可行性是设备方案的重要决定因素，大面积量产阶段，设备方案将取决于性能与 成本的平衡。
以反式结构为例，成膜工序通常包括，溅射PVD镀TCO（ITO）→溅射PVD镀空穴传输层（氧化镍）→狭缝涂布钙钛矿层（多 种材料方案） → ALD/RPD镀电子传输层（氧化锡）→蒸镀铜电极，激光工序通常包括，P1（刻蚀，TCO层）→P2（刻蚀，缓 冲层/钙钛矿层）→ P3（刻蚀，缓冲层/钙钛矿层/电极）→ P4（清边）。
目前整线价值超1亿元/百MW，2025年有望减半。以协鑫光电100MW产线为例，主要设备包括溅射PVD（空穴传输层/TCO）、 RPD（电子传输层）、蒸镀（金属电极）、涂布（钙钛矿层）、激光、封装及其他设备，整线价值量约1.2亿元。目前钙钛矿 设备以定制为主，叠加涂布、蒸镀及镀膜设备国产化程度有限，投资成本较高，随着规模化与国产化的持续发展，2025年单 GW整线价值量有望降至5亿元。
狭缝涂布是主流方案，德沪涂膜市占率超70%
狭缝涂布是钙钛矿层的主流方案。产业端，狭缝涂布目前是钙钛矿层的主流方案，学术端，狭缝涂布也能制备空穴传输层。 产业化应用的原因：相比其他溶液法，1）狭缝涂布可通过控制系统调整狭缝宽度、移动速度和输液速度，膜层质量调控更 加精细；2）无接触式液膜制备技术，避免基底不平产生的刮擦；3）前驱液密封在储液罐中，沉积过程中前驱液浓度不变。 相比镀膜，狭缝涂布具有高效率、低成本、规模化等优势。
狭缝涂布行业集中度高，国产化有望加速。目前钙钛矿涂布设备主要供应商是美国nTact、日本东丽，刀头等核心部件国外 垄断。德沪涂膜是美国nTact代理商，截止2022年底国内钙钛矿狭缝涂布设备市占率达70%以上，2020年起成功供货全球首条 100MW钙钛矿量产试验线。德沪涂膜目前在常州建设钙钛矿产业化创新中心和设备制造基地，2023年有望投入运营，有望 实现设备自主化。另外，狭缝涂布广泛应用于锂电、LCD、集成电路等领域，涂布模头设计因场景而已，钙钛矿电池和LCD 的涂布要求较为接近，集成电路对涂布工艺的要求更为严格。随着钙钛矿电池逐步放量，LCD、锂电、半导体等涂布设备制 造商或将布局钙钛矿领域，钙钛矿狭缝涂布设备有望加速国产化。
激光方案相对确定，基本实现国产化
第二、三道激光刻蚀最难，体现在划线位置、能量控制及飞屑处理。钙钛矿电池制备过程中，除了钙钛矿层，第二道、第三 道激光刻蚀的技术难度最大，主要难点在于划线位置把控、激光能量控制以及飞屑处理。划线位置方面，激光位置及间隙要求 严格；能量控制方面，激光刻蚀深度要求严格，需要控制激光脉冲频率；飞屑问题方面，激光划线将会产生碎屑飞溅，需将碎 屑处理干净，并保证膜层平整度。
3.全钙钛矿是最终方案，TCO/靶材/设备是降本关键
产业化瓶颈：大面积制备
大面积制备是商业化前提，钙钛矿层是最大短板。光伏降本增效背景下，大尺寸电池已成为趋势，然而随着面积增大，钙钛 矿电池的转换效率下降较为明显。主要原因包括：1）各层薄膜的非均匀大面积沉积；2）P2划线边缘处的钙钛矿退化；3）电 池子单元连接中的死区；4）组件串联电阻增加、并联电阻减小。钙钛矿电池大面积制备面临诸多难题，其中最主要的是钙钛 矿薄膜制备。
各方案均存在局限性，后续优化空间较大。旋涂法常用于制备小面积钙钛矿，可通过调整旋涂仪的转速来控制膜层厚度，成 膜稳定且较为均匀，但在大面积制备中，旋涂法的材料利用率较低，难以结合卷对卷大面积制备工艺。目前，大面积钙钛矿薄 膜制备方法主要包括狭缝涂布法、刮涂法、喷涂法及喷墨打印法等，但均存在局限性，标准化方案尚未确定，材料、设备等环 节需要同步优化。
产业化瓶颈：稳定性
稳定性是最大瓶颈，短期难以突破。根据《太阳能钙钛矿电池技术发展和经济性分析》（潘莹，2022年）目前钙钛矿电池持 续光照时间最长约10000h，若按平均日照时长4h计算，理论寿命仅6.8年，相比晶硅电池25年的理论寿命，差距较大。稳定性 是钙钛矿电池的最大瓶颈，目前尚无良好解决方案。
方向：叠层电池助力进一步增效
两端器件已成为主流。通过将宽带隙电池和窄带隙电池串联，能够充分利用全光谱范围内的光子，减少能量损失，是突破单 节电池效率极限的重要方法。钙钛矿叠层电池主要分为两端器件和四端器件，其中两端器件仅需要一个透明电极，有利于减 少寄生吸收，同时封装成本更低，已成为主流叠层路线。
四端器件：独立制备两个子电池，然后堆叠，相互之间只有光学耦合作用；优点是子电池独立制备，可分别采用最优工艺； 不足是对电极要求较高，四个电极得有三个是透明电极。
两端器件：在底电池上直接生长钙钛矿电池，中间通过复合层或隧道结实现串联；优点是仅需一个宽光谱透明电极，且封装 成本更低；不足是传统绒面结构的晶硅底电池提升了顶电池的制备难度，引入蒸镀设备、投资成本提升。
方向：TCO、靶材、设备是降本关键
TCO、靶材及折旧构成主要成本。TCO玻璃及封装材料成本占比约34%；其次是靶材（传输层/金属电极）成本占比约31%； 钙钛矿材料用量较少，成本占比仅3.1%；折旧成本占比约16%；能耗成本占比约13%。
工艺优化与组分选择是靶材降本的主要方式。靶材是传输层和金属电极的基础材料，通过制备工艺的选择与优化，提升靶材 利用率，能够降低材料成本，也能通过材料选择实现降本，目前空穴传输层、电子传输层、金属电极的低成本材料分别是无 机半导体、ZnO、铜或合金。
规模化、国产化及方案优化是设备降本的主要方式。一方面，随着钙钛矿电池加速放量，规模化及国产化是设备降价的关键 动力，其中蒸镀和涂布设备降价空间较大。另一方面，钙钛矿电池制备方案尚未标准化，随着大面积、稳定性等问题逐步解 决，投资成本有望成为设备方案的重要决定因素，其中钙钛矿层、空穴传输层和顶电极降本空间较大。
4.电池、设备、材料环节投资分析
电池：关注商业化、低成本趋势
纤纳光电：成立于2015年，总部位于杭州，是全球首家实现钙钛矿组件量产的公司，全球首条百MW级钙钛矿产线于2022 年初建成，5月发布全球首款钙钛矿商用组件α，7月首批α组价正式出货，目前公司正在规划GW级产线。公司已完成D轮融 资，本轮融资由招银国际和杭开集团领投，资金将主要用于钙钛矿前沿技术的开发和GW级产线扩建，加快布局钙钛矿商 业化第二阶段。公司α组件具有经济性、稳定耐用和光电性能优异三大优势，2023年1月顺利通过IEC61215、IEC61730稳定 性全体系认证，纤纳光电成为全球首个、且目前唯一完整通过这两项稳定性全体系测试的钙钛矿机构。
捷佳伟创：晶硅设备龙头，RPD设备国内独供
PERC电池设备龙头，N型电池设备国内领先，主要产品包括PECVD设备、扩散炉、制绒设备、刻蚀设备、清洗设备、自 动化配套设备等，同时提供整线方案。 根据捷佳伟创公众号2023年3月22日新闻，2022H2-至今至今已向十多家光伏头部企业、行业新势力及研究机构供应钙钛 矿设备，订单金额超过2亿元。公司钙钛矿设备包括RPD、PVD、PAR、CVD、蒸镀、狭缝涂布、晶硅叠层印刷；其中 RPD设备系国内独家供应，2018年公司取得日本住友RPD设备授权，后自主研发相关产品；2022年成功中标某全球光伏头 部企业的钙钛矿蒸镀设备项目，现已具备单节及叠层钙钛矿整线供应能力。
奥来德：蒸镀核心部件供应商，前瞻布局钙钛矿领域
国内领先的OLED有机发光材料和蒸发源设备制造商，有机发光材料是OLED面板制造的核心材料，蒸发源是蒸镀设备的核 心部件，对材料的蒸镀效果、面板良品率起到决定性作用，公司蒸发源产品目前适用于Tokki蒸镀机。 据2023年1月6日投资者互动问答，公司目前在钙钛矿领域布局两大项目，计划投资4900万元，分别是钙钛矿蒸镀设备开发 项目、低成本有机钙钛矿载流子传输材料和长寿命器件开发项目。
金晶科技：超白玻璃基础牢固，TCO玻璃产线顺利落地
产品主要包括技术玻璃、浮法玻璃、深加工玻璃及化工产品，在传统浮法玻璃基础上，向超白玻璃领域拓展，同时积极开 拓光伏玻璃市场。 TCO玻璃可用于碲化镉、钙钛矿电池领域，行业壁垒较高，对镀膜设备、玻璃产线改造均有较高要求，全球仅少数企业能 够量产。2021年公司研发出超白TCO镀膜玻璃基片，并成功开发3.2mm和2.65mm超白TCO玻璃；2022年投建国内首条TCO 玻璃产线，年产能1800万平米，可满足300万kw光伏电池的生产需求；2022H1公司TCO玻璃已供货First Solar，目前正与协 鑫光电展开合作。