钙钛矿电池产业链深度报告：差异化竞争，奠定产业化广阔前景（附报告原文链接）

内容来源:   网 易

1.1 钙钛矿电池:新型化合物薄膜太阳能电池

钙钛矿材料是钙钛矿太阳能电池的核心。钙钛矿晶体为ABX3 结构， 一般为立方体或八面体结 构。在钙钛矿晶体中，A离子位于立方晶胞中心，被12个X离子包围成配位立方八面体；B离子位 于立方晶胞角顶， 被6个X 离子包围成配位八面体。A离子和X离子半径相近，共同构成立方密堆 积。钙钛矿层材质种类较多且成本低廉。ABX3结构的化合物，其中A位、B位、X位均可迭代替换， 可选的材质种类众多。量产中钙钛矿层材料多采用有机无机杂化化合物，且厚度非常薄（0.1- 0.5um)，相比晶硅电池（130-170um）耗材更少且成本低廉。

1.2 钙钛矿电池发展历程及发电原理

钙钛矿太阳电池是由染料敏化电池演化而来。第一块钙钛矿太阳电池诞生于2009年，实现了 3.8%的效率。但该电池存在严重缺陷：液态电解质会溶解或者分解钙钛矿敏化材料，使电池失效。2012年固态空穴传输材料（ Spiro-MeOTAD ）被引入到钙钛矿电池中，第一块全固态钙钛矿太 阳电池面世，其电池效率达到9.7%。固态空穴传输材料的引入初步解决了液态电解质钙钛矿电池 不稳定与难封装的问题。自此以后钙钛矿电池的研究都转向固态钙钛矿电池，钙钛矿电池的效 率也得到长足发展。

1.3 钙钛矿电池与晶硅电池比较

钙钛矿电池产业化效率目前为15.5%，当产能扩大到1GW以上时，组件成本可达0.7元/W左 右(协鑫光电口径)；与此对应，PERC电池平均转换效率为22.8%，组件成本1.95元/W。钙钛 矿电池具备轻薄、透光性强、短波长吸光能力强、弱光效应好、可在柔性基材上制备的优点。基于这些特点，钙钛矿电池与晶硅电池存在差异化应用场景，其中BIPV（光伏建筑一体化） 和CIPV（车载光伏）领域应用潜力最大。

1.4 钙钛矿电池产业化瓶颈与对策

瓶颈一：钙钛矿电池转换效率随面积增大而衰减严重 原因：大面积制备时，钙钛矿电池面积厚度比极大（103~106），膜质量（平整度、致密性等） 难以保证 效率衰减：当单结钙钛矿电池面积从0.1 cm2增加到约10 cm2时，实验室效率从25.5%下降至 19.6%。瓶颈二：钙钛矿电池发电不稳定：1. 钙钛矿电池发电效率随使用时间下降，传统晶硅电池可持 续发电20-25年，而钙钛矿电池因其不稳定性难以持续长时间发电；2. 钙钛矿电池会与水、氧发 生反应，潮湿环境中极易快速降解。

二、钙钛矿电池产业链分析：基于学术端和产业端视角

2.1 单结钙钛矿电池结构以及材料分析

钙钛矿电池结构主要分为介孔结构、正式平面结构、反式平面结构。正式平面结构的钙钛 矿器件有利于提升其光电转换效率，多用于学术领域；反式平面结构的钙钛矿器件便于制备， 被广泛用于产业领域。

2.2 单结钙钛矿电池成本分析

学术端：空穴传输材料成本占比最高。学术端常采用Spiro作为空穴传输层材料，其性能优异， 但价格昂贵。空穴传输材料占总成本48.7%，其次是基板、背电极材料。电子传输材料和钙钛 矿材料成本占比很低，仅为1.7%、1.6%。产业端：玻璃和电极材料成本占比最高。以协鑫100MW钙钛矿产线为例：玻璃和电极占比分 别为34.0%和30.9%，钙钛矿材料成本占比仅为3.1%。

2.3 单结钙钛矿电池制备工艺分析——学术端

钙钛矿电池工艺复杂性明显低于晶硅电池。实验室制备工艺举例：以FAPbl3钙钛矿的制备为例，分为以下步骤：1.清洗基底，2.旋涂电子 传输层（Ti02致密层和Ti02介孔层），3.旋涂钙钛矿层，4.退火，5.旋涂空穴传输层（Spiro层）， 6.蒸镀银电极。钙钛矿层沉积包括溶液沉积（一步沉积、两步沉积）及气相沉积技术，相比一步沉积技术， 两步沉积可以实现更好的薄膜质量。

2.4 单结钙钛矿电池制备设备——产业端

产业端：设备多样，RPD和涂覆机设备价值量最高。产业化设备主要包含磁控溅射仪、RPD设备、涂覆机、蒸镀机和激光设备等。空穴传输层采 用磁控溅射设备；钙钛矿层多采用涂覆机；电子传输层多采用RPD设备；背电极根据选取材 料不同可以选用磁控溅射设备或蒸镀机。

2.5 钙钛矿电池的叠层

叠层电池可以综合利用不同波段的光能，提升电池效率。当n（∞）结电池叠层，理论极限效率 为69%。产业上叠层电池主要采用双结叠层，实现对光的短波长吸收（钙钛矿部分）和长波长吸 收（底电池部分）的结合，提升器件整体效率。双结叠层电池理论极限效率为46%。双结叠层电池在形式上主要分为两端叠层器件和四端叠层器件。钙钛矿/晶硅电池叠层 HJT是最适合与钙钛矿进行叠层的电池，目前效率可以达到29.8%。钙钛矿可与TOPCon电池进行叠层，目前效率可以达到28.2%。

三、钙钛矿电池市场空间测算：BIPV和CIPV

3.1 钙钛矿电池在BIPV领域的应用

钙钛矿电池在BIPV领域潜力巨大。BIPV（光伏建筑一体化）是光伏行业增长最快的细分市场之一。BIPV组件在不影响建筑美观的 情况下能够广泛吸收太阳能，可以用于替代建筑围护结构部分（如屋顶、天窗或外墙）中的传 统建筑材料。钙钛矿电池轻薄、吸光性好、透光度高，是理想的BIPV材料。BIPV是钙钛矿的最佳应用场景：1.钙钛矿电池投资成本低，结构轻便，易于安装；2.相比多晶硅电池，钙钛矿电池在多云、阴天 以及太阳光照角度较低时持续不断产生电能；3.钙钛矿电池可以制作成具有透光性、色彩可调节 的组件，能更好得融入建筑。

3.2 钙钛矿电池在CIPV领域的应用

CIPV（汽车集成光伏）领域处于起步阶段。目前Toyota Prius Prime、Nissan Leaf、 Karma Fischer Revero、Hyundai Sonata 和 Ioniq 5 是首批配备光伏集成全景天窗的汽车。这些光伏全景天窗的功率输出约为数百瓦，主要用于支持供暖、通风和车载空调系统。CIPV发电经济性分析：假设一台汽车装备CIPV设备需要额外支出5000元。一台汽车发电 面积4平米，每天持续发电5小时，预计可以带来20公里的续航增程。按照电价0.72元/度， 可以得到CIPV设备的投资回收期为5.28年。

报告节选：

报告出品方/作者：中泰证券，冯胜

精选报告来源：未来智库

钙钛矿是指一类陶瓷氧化物，此类氧化物最早被发现，是存在于钙钛矿石中的钛酸钙（CaTiO₃）化合物，因此而得名。钙钛矿的英文名是以俄罗斯矿物学家Lev Perovski的名字命名的，其结构通常有单钙钛矿结构、双钙钛矿结构和层状钙钛矿结构。简单钙钛矿化合物的化学通式是ABX₃，其中A通常为半径较大的稀土或碱土金属元素，如Ca、Sr、Ba；B位为半径较小的过渡金属元素，如Ti、Mn、Fe、Co等，由于其价态的多变性使其通常成为决定钙钛矿结构类型材料很多性质的主要组成部分；X位为O或卤素，如I、Cl。常见钙钛矿如LaMnO₃、BiFeO₃、CsPbI₃等。

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