光伏终极路线 钙钛矿电池处于爆发前夕

来源：东北证券、浙商证券

钙钛矿作为第三代太阳能电池，目前头部企业如协鑫、纤纳和极电基本完成百兆瓦中试线，正在进行工艺的验证与研发，为后续 GW 级别扩产打下基础。头部厂商具备较强的研发实力，若确立技术路径，将会快速放量同时带动二、三线玩家加速入场。

钙钛矿：生态链快速建设   产业从 0 到 1 爆发前夕

第三代太阳能电池，转换效率大幅提升。 第一代光伏电池以单晶硅和多晶硅为主，根据硅片类型可进一步划分为 P 型和 N 型， P 型代表为单晶 PERC ，为当前主流技术路线。 N 型代表则为 TOPCon 和 HJT ，极限效率分别为 28.7% 和 27.5% 。目前光伏产业链正处于 N 型快速扩张时期。第二代则是以砷化镓为代表的薄膜型电池，但制备成本较高；而 钙钛矿为代表的第三代薄膜电池，具有 PCE 高和成本低廉的双重优势 ， 单结钙钛矿极限效率约为 33% ，叠层可达到 40% 以上。

直接隙材料优势明显，光吸收系数较高。 钙钛矿材料性能优异主要来自于其独特的面心立方体结构，具有优异的光电性质 - 吸光系数高、带隙可调、激子结合能低和扩散距离长等优势。第二和第三代材料为直接带隙半导体，电子跃迁无需声子，因此光吸收能力强于晶硅。同时由于较高的光吸收系数，钙钛矿厚度达到约 500nm 就可以充分吸收太阳光，而晶硅和其他薄膜光吸收层分别需要 300 和 2 μ m 。

PSCs 发展速度远超晶硅，大尺寸组件开始突破。 钙钛矿 2009 年首次应用时效率仅为 3.8% ， 2016 年电池效率就突破 20% 。 2023 年 3 月，极电光能官方公众号发布其 809.8cm2 大尺寸钙钛矿光伏组件经国际权威机构 JET 检测认证，其转换效率达到 19.9% 。目前公司在 16.7cm2 钙钛矿组件转换效率也已经突破 22.9% 。

钙钛矿 VS 晶硅：效率大幅提升   降本潜力远超晶硅

1 、 实验室效率日新月异，叠层进展迅速。 根据美国 NREL 统计，自上世纪 70 年代发明晶硅电池以来，当前晶硅路线 HJT 最高效率为 26.81% （隆基， 2022/11 ）。而钙钛矿自 14.1% （ EPFL ， 2013/06 ）仅仅用 9 年就达到了 25.7% （ UNIST ， 2022/01 ）；钙钛矿 / 硅叠层更是达到了 32.5% 。在极限效率上，单结钙钛矿的效率极限为 33% ，而晶硅电池的理论转换效率极限为 29.4% ，叠层钙钛矿更可以达到 40% 以上。

2 、 成本端：产业链一体化提升   效率接近转换极限

降本增效持续推进。 根据极电光能测算，百 MW 钙钛矿成本已经低于晶硅组件。百 MW 阶段的成本有望控制在 1-1.5 元 / 瓦之间； GW 级别生产时，成本可降到 0.8 元 / 瓦； 10GW 级别降到约 0.6 元 / 瓦。若钙钛矿组件效率在达到 17% 同时保持成本在 1.3 元 / 瓦以内，并且寿命稳定 25 年则将拥有较强的市场竞争力。

产业链投资进一步集中，约为晶硅线路的 50% 。 光伏晶硅产业链涉及硅料厂 - 硅片厂 - 电池厂 - 组件厂合计四个环节，合计投资额约 9.6 亿元，中间考虑运输环节需要耗时 3 日以上。而钙钛矿从原材料到组件出厂仅需要一个工厂，耗时 45 分钟左右。预计未来在 GW 级别投产情况下，钙钛矿电池投资额可降至晶硅线路的一半 ， GaAs 的十分之一。

长期来看，钙钛矿组件成本可降低至 0.5-0.6 元 / 瓦。同时钙钛矿电池原材料均属于基础化工材料，可通过人工合成，不含有稀有元素，对比晶硅路线的硅料更加廉价易得。此外，钙钛矿材料对杂质敏感度低，对原材料的纯度要求低于晶硅。工艺上，钙钛矿生产温度不超 150 度，相比于晶硅 1000 度左右的高温可以做到降低能耗的作用。目前 FTO 导电玻璃约占材料成本的 65% ，但透明导电玻璃属于成熟产品，随着下游需求的扩张，产能可迅速扩张。

3 、应用端：电站建设成本进一步降低 下游 BIPV 应用广泛

发电量占优，光伏电站建设成本降低。 根据研究表明，得益于超高的吸光系数和禁带宽度，转换效率在 17.9% 的钙钛矿组件发电量约等于转换效率 20.4% 的晶硅组件。

建设成本方面，假定钙钛矿组件转换效率为 15% ，晶硅组件转换效率 20.5% 。钙钛矿组件的建设成本约为 3.12 元 / 瓦，对比单晶硅组件的 3.33 元 / 瓦，其中组件上约有 0.7 元 / 瓦的优势，但在支架成本和土建成本上稍高于晶硅。综合考虑，钙钛矿较晶硅在电站建设上约有 0.21 元 / 瓦的优势。

BIPV 打开下游应用空间。 BIPV 即光伏建筑一体化，是指将太阳能发电产品集成到建筑上的技术。基于钙钛矿电池材料的轻薄性、透光性、吸光能力，钙钛矿产品可以较好的适配各类使用场景，尤其对于有采光要求的办公楼等墙体。

钙钛矿制备：稳定性及大面积制备有望突破

长期稳定性优化路径清晰，头部企业进展可期。 纤纳光电 2019 年底通过全球首次 IEC 标准稳定性测试； 2020 年 7 月在湿热实验测试中，将组件老化时间由 1000 小时提升至 3000 小时。纤纳α组件通过 IEC61215 和 IEC61730 稳定性全体系认证。

长期来看，钙钛矿通过优化材料体系 / 无机电荷传输层 / 金属氧化物电荷传输层阻挡 / 采用复合电极以及优化组件封装技术进一步加强钙钛矿组件稳定性。

硅 / 钙钛矿叠层： HJT 结构占优   与现有产业快速融合

硅属于间接带隙材料，为绝佳的底电池。硅的带隙为 1.12eV ，而卤素钙钛矿带隙从 1.2eV 到 3eV 连续可调，两者可相互搭配，同时晶硅产业已经具备成熟的产业链，目前晶硅路线进入 N 型元年但也在逐步达到效率极限，选择与钙钛矿叠层可以百尺竿头更进一步，后期或将通过改造方式来提升效率。

两端叠层：成本低、易量产、工艺较复杂、底电池工艺匹配挑战较大；四端叠层：制造简单、组合灵活、与底电池技术相互独立，系统端设计复杂。

HJT+ 钙钛矿叠层： 钙钛矿电池能有效利用高能量的紫外和蓝绿可见光。而异质结电池可以有效的吸收钙钛矿材料无法吸收的红外光。结构上， HJT 具备透明导电层（ TCO ），可与钙钛矿叠层完美适配，改造难度小，同时 HJT 本身为对称结构可以兼容正式和反式钙钛矿电池。

优势： 自带 TCO ；开压高；对称结构兼容性强；

劣势： 异质结绒面金字塔与钙钛矿涂层仍有匹配问题需要解决；

代表厂： 宝鑫、杭萧钢构（ 600477 ）、牛津光伏等 .

TOPCon+ 钙钛矿叠层： TOPCon 正面的氮化硅与氧化铝不导电，需要进行结构改造。

优势： 产线投资额低，经济性高；

劣势： 本身不带 TCO 需要改造；增加 TCO 后失去高电流优势；

代表厂： 中来（ 300393 ）、黑晶 - 皇氏集团

多条中试线建立   产业政策纷至沓来

1 、 头部企业多以百兆瓦线为主， GW 级招标可期。 目前头部的 协鑫光电、纤纳光电和极电光能 都基本完成百兆瓦中试线建设，当前首要目标是打通工艺，为后续 GW 级扩产打下基础。

根据对各钙钛矿企业产线建设规划，更多企业开始布局百兆瓦线，头部企业在为 GW 级扩产做准备，预计 2024 年将出现 GW 级别招标，同时钙钛矿组件相关标准也在积极制定，随着后续长期稳定性的解决和大面积制备线路确立，钙钛矿产业将快速完成从 0 到 1 的突破快速放量。

2 、产业支持政策持续落地。 目前各部门正在积极出台相关产业政策支持钙钛矿产业链发展。国家能源局分别在《“十四五”可再生能源发展规划》以及《工业和信息化部等六部门关于推动能源电子产业发展的指导意见》提出推动钙钛矿及叠层电池制备的技术研究。工信部也于 2023 年 1 月发布了《推动能源电子产业发展的指导意见》推动钙钛矿及叠层电池等先进技术的研发应用，提升规模化量产能力。

3 、产业融资盛况空前，资本合作如火如荼。 头部的协鑫光电、纤纳光电和极电光能均已完成数轮融资，为后续钙钛矿中长期发展打下坚实基础，同时具有一定技术积累与相关性的企业也正在融资转型，加速产业化建设。

钙钛矿设备：镀膜设备为核心

钙钛矿生产技术线路百家争鸣。通常情况下，钙钛矿组件生产需要经历玻璃清洗→沉积导电层（ PVD ）→沉积电子传输层（ RPD/ALD+PVD/ 狭缝涂布）→沉积钙钛矿层（刮刀 / 狭缝涂布）→沉积空穴传输层（ PVD/ 狭缝涂布）→组件封装（层压机），若采用涂布工艺则还需配置 VCD 进行钙钛矿干燥。根据协鑫 100MW 中试线推测， 目前钙钛矿核心装备为真空镀膜设备（ PVD/RPD ），然后依次为涂布设备、激光设备（四道工序）以及封装设备。

镀膜设备 ： RPD 即等离子体镀膜 - 通过等离子枪产生的等离子体进入到工艺腔体内，然后在磁场作用下打到靶材上，靶材升华沉积至衬底上。相比于传统的 PVD 磁控溅射， RPD 具有低离子损伤、低温沉积温、可大面积制备和生长速高率等优点，但是 RPD 设备成本较高同时核心专利、靶材及零部件仍然受到专利限制，并且 RPD 产能较低。目前国内靶材公司正在积极开发相应产品，但设备及零部件降本仍需要不断推进。

专利为核心壁垒， HJT 领域已有应用。 RPD 专利由日本住友掌握，早期在大陆地区将专利授权给 捷佳伟创 （ 300724 ） 。除离子轰击小外， RPD 还具有穿透率高、载子迁移高等良好的光电综合效应。在 HJT 领域已有成熟应用，较常规异质结装备有约 0.6% 的效率增益，成功开发出量产设备，未来有望在钙钛矿领域持续迭代优化。

涂布设备：高精密狭缝涂布   干燥结晶为重点

狭缝涂布有望成为主流，德沪涂膜约市占率 70% 。 狭缝挤压式涂布技术是一种先进的预计量涂布技术，能获得较高精度的涂层，在锂电池、液晶显示以及半导体先进封装已经有应用。相比于刮刀涂布，狭缝涂布具备更大的液膜厚度范围以及溶液粘度要求，在原料利用以及可重复性上也优于刮刀涂布。狭缝挤压式涂布技术在产业化应用的核心瓶颈是需要解决能适应不同流量、温度、压力、粘度情况下设计与浆料匹配的涂布头。

激光设备： P1-P4 四道激光工艺   设备厂商竞争激烈

四道激光工序，设备占比约 10% 。 P1 工艺：通过激光设备分割底部的 TCO 衬底。在导电玻璃电极 TCO 层制备完成后，在制备空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层之前通过激光设备进行划线，形成相互独立的 TCO 衬底→ P2 工艺：露出 TCO 衬底，为连接相邻两节子电池的正负电极提供通道。→ P3 工艺：去除部分功能层以分割相邻子电池的正极，为了保证不损伤 P2 层，对激光设备加工精度要求较高。→激光清边 P4 工艺：封装前的清理工艺，利用激光技术清除掉电池边缘的沉积膜。

封装设备：完全覆盖封装 VS 边缘封装

薄膜封装有望成为主流， POE 优势明显。 封装工艺大致如下，完全覆盖封装 - 在模块顶部制备封装层（可通过聚合物或 ALD 制备薄膜）；边缘封装 - 在模块周围放置密封剂。完全覆盖有更好的保护效果但是会直接接触钙钛矿功能层。薄膜封装就是利用位于玻璃基板与顶盖之间的薄膜防止组分分解，可以通过玻璃 - 聚合物薄膜封装 /ALD 薄膜沉积 / 复合薄膜封装，其中 ALD 沉积薄膜致密性、可精确控制、大面积制备、水阻隔能力强等优点，但是仍需解决设备成本高、固有热损伤以及耗时长等问题，后续研究集中在降低工艺温度以减少热损伤。

POE 优势明显，水气阻隔强，弹性模量与 EVA 接近，并且具备更高的抗电势诱导衰减。

钙钛矿设备和市场空间测算

（ 1 ）产能： 假使公告全部投产， 2022 年钙钛矿产能约为 0.96GW ，根据各家建设规划情况测算，东北证券预计 2023-2026 年钙钛矿累积产能分别为 1.11GW 、 5.65GW 、 12.40GW 以及 27GW ，对应每年新增 0.15GW 、 4.54GW 、 6.75GW 和 14.60GW 。

（ 2 ）镀膜及涂布设备： 目前 100MW 钙钛矿整线价值量在 1.2 亿元左右，根据技术路径不同价值量会有所变化，因此假设使用真空镀膜和狭缝涂布结合方式，随着规模效应，单 GW 设备投资额降逐步降低， 2024---2026 年分别为 9.6 亿元 /GW 、 9 亿元 /GW 和 8 亿元 /GW 。作为核心工艺设备，真空镀膜设备与涂布设备占比将维持在 50% 和 30% 左右。

（ 3 ）激光设备： 由于激光设备存在众多厂商，竞争激烈。预计 2024-2026 年激光设备价值量占比会下降到 8% 左右。对应单 GW 价值量分别约为 7680 万、 7200 万和 6400 万元。

（ 4 ）封装设备： 封装技术对钙钛矿组件稳定性起到关键影响，因此假设组件设备价值占比将上升到 12% 左右。 2024-2026 年单 GW 价值量分别约为 1.15 亿元、 1.08 亿元和 0.96 亿元。

根据测算， 2026 年新增钙钛矿设备市场空间约为 117 亿元，对应存量设备市场空间约为 234 亿元，其中真空镀膜设备市场规模约 117.27 亿元、涂布设备约 70.34 亿元、激光设备约 18.76 亿元和组件设备 28.13 亿元。

相关上市公司：

迈为股份 （ 300751 ） 、亚玛顿 （ 002623 ） 、金辰股份 （ 603396 ） 、罗博特科 （ 300757 ） 、帝尔激光 （ 300776 ） 、捷佳伟创 （ 300724 ）、 京山轻机 （ 000821 ） 、协鑫集成 （ 002506 ） 、隆基股份 （ 601012 ） 、宁德时代 （ 300750 ） 、天合光能 （ 688599 ） 、东方日升 （ 300118 ） 、通威股份 （ 600438 ） 、晶科能源 （ 688223 ） 、中来股份 （ 300393 ） 、聆达股份 （ 300125 ） 、金风科技 （ 002202 ） 、杰普特 （ 688025 ） 、拓日新能 （ 002218 ） 、杭萧钢构 （ 600477 ）、 大族激光（ 002008 ）、杰普特（ 688025 ） 等。

风险提示： 钙钛矿扩产不及预期； 钙钛矿稳定性不及预期

来源：东北证券、浙商证券

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