（报告出品方/作者：中国证券，鲁佩、贾新龙）

一、钙钛矿电池（PSCs）是第三代太阳能电池代表

（一）复盘太阳能电池发展史，从晶硅到钙钛矿

1、复盘太阳能电池发展史，从晶硅到钙钛矿

太阳能电池实验室效率从 1954 年诞生时 6%提升到如今的 31.25%（串联硅钙钛矿），同 时太阳能电池发展历经三代：晶硅、薄膜、新型太阳能电池 。太阳能电池能够通过光电效应 直接将光能转化成电能。1837 年，法国的物理学家首次在溶液中发现了光伏效应。1954 年， 美国贝尔实验室制备出的世界第一块太阳能电池的光电转换效率为 6%。我国于 1958 年也开 始进行太阳能电池的研制工作。自从第一块太阳能电池被制造，在 60 多年时间里太阳能电池 的发展已经历三代，种类也进一步丰富。其中，第一代是以晶硅为主的太阳能电池;第二代以 薄膜太阳能电池为主，其典型的代表是铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)太阳能电池;第三代为 新型的太阳能电池，主要包括：钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池， 量子点太阳能电池。2022年7月，洛桑联邦理工学院（EPFL）和瑞士电子和微技术中心（CSEM） 使用混合蒸汽和液体溶液技术将钙钛矿沉积到有纹理的硅表面上，1 平方厘米的测试电池的效 率达到了 31.25%。

第一代晶硅电池目前最成熟，第二代薄膜电池相比第一代具有质量轻、转换效率高的优 势，但电池活层材料昂贵且设备成本高等因素限制其大面积制备和商业化，第三代新型太 阳能电池凭借材料成本低、效率高、工艺流程短等优势成为产业界和学术界热点 。目前晶硅 太阳能电池的实验室效率已经超过了 26%，在市场上占有绝对的地位和份额。但是，硅基太 阳能电池的制备工艺复杂，高效率往往依赖高纯度的硅材料，高纯度的硅材料价格昂贵。第二 代薄膜电池与晶硅太阳能电池相比质量轻而且转换效率高，但是由于活层含有部分稀有元素 和重金属元素，不仅价格昂贵而且很难实现大规模的生产和应用。这类电池一般采用热蒸发的 方式制备，设备的成本高。以上这些原因限制了这类电池的大面积制备和商业化。第三代新型太阳能电池原料储量丰富，成本低，效率高、工艺流程短且可柔制备，成为太阳能产业界和 学术界的热点。

第三代新型电池中，钙钛矿拥有载流子寿命长、带隙可调、光吸收单位宽等优势，钙钛 矿电池的应用有单结和叠层两个技术方向，目前实单结电池实验室最高效率 25.7%，逐步接 近硅电池最高效率。钙钛矿太阳能电池作为一种新型光伏电池，与传统晶硅太阳能电池相比 凭借效率优势、低成本优势（产业化后 GW 级别成本可达 0.6 元/W）、应用广泛、叠层优势受 到注。在十余年时间里，实现了效率上的突破，目前最高的电池效率已达 25.7%，且理论效率 超 30%，高于晶硅电池，逐步接近硅电池最高效率。钙钛矿材料在光伏产业的应用主要有两 个技术方向：单结和叠层。单结钙钛矿技术与其他薄膜技术相似，但制造成本有望低于目前已 产业化的薄膜技术。钙钛矿与晶硅相结合的叠层技术兼具高转换效率和低制造成本的优点，有 望成为未来光伏产业的技术发展方向。

（二）钙钛矿材料介绍、光电特及工作原理

1、钙钛矿材料是指拥有 ABX3 型正八面体晶体结构的某一类物质

广义的钙钛矿其实是指具有 ABX3 型的化学组成的化合物:A 位一般由有机无机杂化，包 括甲氨 Ch3Nh3 或者甲醚有机的分子，或无机的铯，B 位一般由硒或者铅，X 位一般都是卤素， ABX 通过化学配位键进行连接，形成 ABX3 结构式，这种结构称为钙钛矿，用在钙钛矿电池 的吸光层。钙钛矿有两类结构：介观结构和平面异质结结构。介观结构钙钛矿太阳能电池是基 于染料敏化太阳能电池（DSSCs）发展起来的，和 DSSCs 的结构相似。平面异质结结构将钙 钛矿结构材料分离出来，夹在空穴传输材料和电子传输材料中间。最常用的纯碘的钙钛矿材料 （MAPbI3），带隙约为 1.55eV，对应的吸收带边为 800nm。有机基团的存在使得材料能有溶于 常见的有机溶剂，质可以通过改变有机离子的尺寸而调节，因此有机-无机钙钛矿这种材料 非常适合作为太阳能电池的吸光层。高效率的钙钛矿太阳能电池的结构是以透明导电玻璃 （TCO）作为基底，再是空穴传输层（HTL）或电子传输层（ETL）、钙钛矿活层、ETL 或 HTL 和金属电极。钙钛矿层夹在 HTL 和 ETL 中间。除最开始的介孔结构，现在的 n-i-p 和 p-i-n 型平面结构也被广泛研究。

2、钙钛矿材料具备优异的光电特

钙钛矿具有优异的光能吸收，较高光吸收系数有利于减少光学损失，在 300-800nm 波 长范围均有高吸收系数(大于 3*10-4cm-1 )。钙钛矿激子结合能低，约 55+20meV，介电常数高达 18，保证高效的电荷分离，抑制载流子复合，且载流子扩散速度快，电子迁移率达 75 cm2 /(V·s)， 空穴迁移率达 12.5cm2 /(V·s)以上。MAPbI3 的电子和空穴扩散长度超过 100nm 保证电子和空 穴的有效传输。 缺陷态密度低使得非辐射复合率很低，电压损失值小，开路电压损失在 0.3-0.4v 之间。钙 钛矿材料可以通过调节组分，使其能带间隙在 1.4~2.3eV 之间连续可调，因此可以衍生出区别 于硅基光伏的应用。目前最常用的钙钛矿材料 MAPbI3 和 FAPbI3 的禁带宽度位于 1.5-1.6eV， 其理论最大光电转化效率均处于 30%以上。 连续可调的带隙宽度可制备钙钛矿叠层多结电池。通过对钙钛矿进行组分调控，可实现 带隙连续调控，通过调整Ａ、Ｂ和Ｘ含量可以获得不同组分钙钛矿材料，对应钙钛矿材料的带 隙及能级分布也各不相同。通过卤素占比调控，可以实现钙钛矿带隙与能带结构的移动，可实 现对吸收层膜带宽度调节(1.18-3.02eV)，匹配太阳光谱，提高光谱利用率。这也决定了钙钛矿 在发光、光伏和光探等各个领域的广泛应用。

3、钙钛矿电池工作原理基于光生伏特效应

钙钛矿工作原理包括四个阶段：首先是载流子的产生与分离阶段，当太阳能电池运转 时，入射光子（hv＞Eg）被钙钛矿材料吸收，电子从价带顶被激发到导带底，形成具有库伦 束缚的电子空穴对；其次是载流子的扩散阶段，在内建电场的驱动下，电子和空穴在钙钛矿内 部分别向负极和正极方向扩散；然后是载流子的传输阶段，在这个过程中，电子经过钙钛矿／ 电子传输层界面处，空穴则经过钙钛矿／空穴传输层界面处，然后分别由各功能层抽取并传输； 最后一阶段则是载流子被电极收集。如当入射光大于禁带宽度时，价带电子跃迁到导带上面， 价带上面留下空穴，电子和空穴就分别通过内建电场的作用，进行电子传输层和空穴传输层的 传输，然后通过玻璃导电基底和金属电极基底进行回收就会形成回路。

二、效率提升空间大，中试组件效率 2023 年预计达 19.3%

（一）钙钛矿理论极限效率高于晶硅电池，可达 30%以上

钙钛矿太阳能电池（PSCs）单结理论极限效率超 30%，叠层模式下可达 40%以上，相比 晶硅电池效率提升空间大，主要因为人工设计后的钙钛矿材料带隙可以达到或接近 s-q 理论下 吸光层最优带隙（1.3-1.5ev）。异质结/钙钛矿叠层电池理论极限效率可突破 40%，高于单结晶 体硅太阳能电池理论极限效率 29.43%。根据 EcoMat 研究表明钙钛矿/硅叠层太阳能电池的理 论效率极限为 46%，远高于单结晶硅电池极限 29.43%。如果掺杂新型材料，钙钛矿电池的转 换效率最高能达到的 50%，是目前晶硅电池的 2 倍左右。钙钛矿材料通过人工设计带隙可以 达到 s-q 理论下吸光层最优带隙，导致最高光电转化率可超过 30%。通过调整卤素 A、B 和 X 含量实现钙钛矿带隙与能带结构的移动。A 位：阳离子半径越小，对应的钙钛矿带隙越大，例 如，Cs、MA 和 FA 离子半径依次增大，对应得到的 CsPbI3、MAPbI3 和 FAPbI3钙钛矿的带隙 依次减小，分别为 1.73eV、1.57eV 和 1.48eV。B 位：通常采用 Sn 替代 Pb 作为 B 位，Sn 含量 的逐增，钙钛矿材料带隙减小，例如 CsPbI3 的带隙为 1.73eV，FAPbI3 的带隙为 1.48eV，FASnI3 的带隙为 1.40eV，CsSnI3 的带隙为 1.30eV。X 位：Br 离子掺杂使钙钛矿带隙增加。根据 Shockley-Queisser 理论，单结太阳能电池吸光材料的禁带宽度在 1.34eV 时，其理论光电转换 效率可达最高的 33.7%，通常认为吸光层材料的最优带隙为 1.3-1.5eV，越接近于此效率越高。 人工设计的钙钛矿材料，带隙可以非常接近于最优带隙，目前最常用的钙钛矿材料 MAPbI3 和 FAPbI3 的禁带宽度位于 1.5-1.6eV，其理论最大光电转化效率均处于 30%以上，因此钙钛矿是一种十分理想的新型光电材料。

（二）钙钛矿电池效率提升速度快是因为材料可设计强

钙钛矿电池实验效率从 2009 年的 3.8%提升至目前的 25.7%，电池效率提升速度远快于 晶硅电池的核心原因是钙钛矿电池材料可设计强 。钙钛矿电池效率提升速度非常快，2009 年诞生时效率为 3.8%， Sang Ⅱ Seok 结合两步法旋涂成膜，2017 年将效率提高到 22.1%， 2018 年，Jun Hong Noh 等通过一种无溶剂固相反应的方法将效率提升到 24.35%，2022 年，蔚 山先进能源技术研究开发中心和洛桑联邦理工学院将胶体QD-SnO2牢固地连接到c-TiO2表面， 形成了连续、薄和共形的 SnO2 层，基于双层电子传输层将 PSCs 效率提升到了 25.7%。钙钛矿 光伏技术与晶硅技术的根本差异在于钙钛矿材料的设计。晶硅电池效率在 1989 年达到 22.8%，之后近四十年没有很大的突破。钙钛矿电池从 2009 年至 2022 年，效率增长都较为迅 速且持续，这是因为，光伏应用中的钙钛矿材料选择比较灵活，是人工设计的晶体材料，可以 通过人工设计不断寻找能更好、成本更低的材料，不断改进设计从而提升电池能。而晶硅 材料只能提纯、结构不能改变。所以，钙钛矿技术与晶硅技术的竞争，是成千上万种钙钛矿材 料和一种晶硅材料的竞争。而且钙钛矿太阳能电池的理论上限为 33%，比晶硅的 29.3%高了将 近 4 个百分点，目前仍具有较大的上升空间。

（三）与晶硅或不同钙钛矿材料组成叠层效率可达 40%以上

连续可调的带隙宽度使得钙钛矿适合做叠层多结电池 。它和其它类型太阳能电池集成以 后可以捕捉和转换更宽光谱范围的太阳光。通过叠层的钙钛矿，太阳能光谱被分成连续的若干 部分，用能带宽度与这部分具有最好匹配的材料制作成电池，并按能隙从大到小的顺序从外到 内叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽带隙材料电池吸收利用，波长较长的光能透射进去 让较窄能带隙材料电池吸收利用，最大限度将光能转化为电能。叠层的技术方向主要分为两类， 钙钛矿/晶硅叠层电池、钙钛矿/钙钛矿叠层电池。 钙钛矿可以与 HJT、TOPCon 等晶硅电池组成叠层电池。硅的带隙为 1.12 eV，可以吸收 波长 1100 nm 以下的光子，典型的甲胺铅碘（CH3NH3PbI3）钙钛矿带隙为 1.55 eV，通过用 Br部分取代 I -可以调节带隙的宽度，调节范围为 1.55 eV-2.3 eV。当钙钛矿吸收层的带隙为 1.7 eV 时，预期可以获得 35%的效率，极限效率可达 60%。目前钙钛矿/晶硅叠层电池实验室效 率达到了 29.8%（英国亥姆霍兹柏林材料与能源中心）。

不同材料的钙钛矿也可组成叠层电池，实现电池效率跃升。通过调整 A、B、X 含量可以 获得不同组分钙钛矿材料，对应钙钛矿材料的带隙及能级分布也各不相同，通过卤素占比调控， 可以实现钙钛矿带隙与能带结构的移动，通过对钙钛矿进行组分调控，可实现带隙连续调控， 这决定了钙钛矿可以广泛应用在发光、光伏、光探等各个领域。钙钛矿/钙钛矿叠层电池的效 率比钙钛矿/晶硅叠层电池稍低，但也有经认证的产品达到 60%的极限效率。目前钙钛矿/钙钛 矿叠层电池实验室效率高达到了 28%，为南京大学谭海仁及其科研团队研制。

（四）目前产业化效率在 16-18%，2023 年中试组件效率预计达 19.3%

产业化效率稳步提升，目前已达 16-18%，2023 年玻璃基中试组件最高转换效率预计达 19.3%。近年来产业化效率呈现逐步上升趋势，2019 年协鑫光电在实现 1241.16cm2 面积 15.31% 的效率，同年杭州纤纳在 300cm2 尺寸的钙钛矿组件实现 14.3%效率，华能集团 2019 年实现100cm2 组件效率 18%，2021 年实现 3500cm2 面积电池效率 15.5%。2022 年极电光能在 300cm2 大尺寸组件实现 18.2%转化效率，同年协鑫光电尺寸为 1m*2m 组件下线，据协鑫光电预计在 工艺和产能稳定后，量产组件效率将超 18%。目前产业化效率距离钙钛矿单结电池理论极限 效率（超 30%）还有较大提升空间，产业端、研发端针对钙钛矿电池的研发投入逐年增加， 随着钙钛矿可设计晶体配方以及工艺逐步优化，产业化效率预计呈现上升趋势。根据 CPIA 预测，玻璃基中试组件最高转换效率（>900cm2）2022 年达到 18.5%、2025 年 20%、2030 年 22%。

三、钙钛矿电池为什么具备成本优势

（一）工艺流程短（45min）、原材料低成本且纯度要求低、能耗低 等因素铸就钙钛矿电池低成本基因

PSCs 产业链显著缩短，原材料到组件仅需 45 分钟。 与晶硅电池漫长的产业链和复杂 的工艺流程相比，钙钛矿太阳能电池的生产流程简单，产业链显著缩短，价值高度集中。据协 鑫纳米的披露，100 兆瓦的单一工厂，从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入，到组件成型，总 共只需 45 分钟。而对于晶硅来说，硅料、硅片、电池、组件需要四个以上不同工厂生产加工， 倘若所有环节无缝对接，一片组件完工需要三天左右时间，用时差异很大。

PSCs 原材料纯度要求低且十分易得，用量亦低于晶硅类。钙钛矿太阳能电池的原材料均 为基础化工材料，不含稀有元素。晶硅类太阳能电池对硅料纯度要求需达 99.9999%，而钙钛 矿材料对杂质不敏感，纯度在 90%左右的钙钛矿材料即可制成转换效率在 20%以上的太阳能 电池，95%纯度的钙钛矿即可满足生产使用需求。 PSCs 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。 放大优势实现规模化降本。通过有效的划线方式，对电池进行分割和串并联，因此省掉 栅线组件尺寸可以放大到平米级别。

（二）规模化降本优势明显，GW 级产能组件成本可降至 0.6 元/W

从 100MW级扩大至 GW 级产能，组件成本下降约 50%，由 0.15 美元/W 降至 0.1 美元/W。 目前有三家公司公布过其钙钛矿电池的生产成本。纤纳光电 100MW 生产线组件成本约 0.15 美元/W，扩大至 GW 级产线后组件成本约 0.1 美元/W；协鑫光电 GW 级产线组件成本可低 于 0.1 美元/W；牛津光伏钙钛矿-硅异质结(HJT)叠层电池 0.4 美元/W。对比已经商业化的单 晶硅组件来看,垂直一体化厂商的单晶硅组件最优内部生产成本目前约为 0.21~0.22 美元/W。 按较低生产成本数据来比较，钙钛矿电池比单品硅电池拥有成本优势。（数据来源：中国知网太阳能钙钛矿电池技术发展和经济分析）。钙钛矿电池产线产能的提高，平均建设成本将显 著降低。以纤纳光电为例，20MW 产线投资额为 0.505 亿，新建 100MW 产线投资额为 1.21 亿元，产能提升 5 倍，投资额仅提升 2.4 倍。根据纤纳光电测算，若产能提升至 1GW，投资 额约 2.7 亿元，产线建设成本降低。

（三）随着钙钛矿电池效率、寿命提升，度电成本有望持续下降

随着行业发展日益成熟，未来 FTO 导电玻璃、折旧、人工等成本还会有所降低，根据极 电光能公布数据测算，到 2023 年平米级钙钛矿光伏产品将实现 17-19%效率，后续持续提 升至 25%。百兆瓦级产线阶段成本将控制在 1-1.5 元/W，1GW 级可降到 0.8 元/w，10GW 级可 降到 0.6 元/w。考虑钙钛矿组件成本较低，如果效率达到 17%，价格达到 1.3 元/w，寿命 25 年时，其将具有市场竞争力。

四、钙钛矿电池产业链简介：相比晶硅电池产业链缩短， 分为上游的材料和辅材等、中游的电池厂商、下游的电站 及新型应用

（一）上游：主要为基础化工材料、玻璃、靶材等

导电层（实现载流子收集）的基材为柔材料、不锈钢板、玻璃等，基材上的导电氧化 物一般为氧化铟锡（ITO 导电玻璃）、氟掺杂 SnO2(FTO 透明导电玻璃)。目前导电层使用导 电玻璃较多。FTO 导电能比 ITO 略差，但具有成本相对较低，激光刻蚀容易，光学能适 宜等优点，已经成为薄膜光伏电池的主流产品。ITO 镀膜玻璃，具有透过率高，膜层牢固，导 电好等特点，随着薄膜电池对光吸收能要求的提高，目前逐渐被 FTO 替代。TCO 玻璃是 指在平板玻璃表面通过物理或化学镀膜方法均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜 (Transparent Conductive Oxide)的玻璃深加工品，实现对可见光的高透过率和高的导电率，TCO 导电玻璃包括 ITO、FTO、AZO 镀膜玻璃，分别使用锡掺杂氧化铟(In2O3)、氟掺杂氧化锡（Sn O2）和铝掺杂氧化锌（ZnO）作为靶材。金晶科技近期公告称，公司 TCO 导电膜玻璃定位于 碲化镉、钙钛矿电池等行业上游，公司 TCO 导电膜玻璃已经成功下线，并且与国内部分碲化 镉、钙钛矿电池企业建立业务关系，得到认可开始供货。除金晶科技外，TCO 玻璃企业还包括亚玛顿、耀皮玻璃、南玻 A、旗滨等。根据爱采购网报价，3.2mm 玻璃价格在 60-70 元/平 米。（协鑫光电范斌表示目前可大规模生产 FTO 玻璃的有旭硝子和金晶）

目前常见的空穴传输材料（HTM）主要为有机小分子、有机聚合物和无机半导体三类 。 目前常用的有氧化镍、PTAA，效率较高。常用的有机小分子主要包括 Spiro-OMeTAD 及其改 材料等；常用的有机聚合物包括 PEDOT:PSS（可以溶液成膜，适合柔衬底）、PTAA、P3HT （聚-3 己基噻吩）等，其中 P3HT 为主流；常用的无机 HTM 主要有 CuI、CuSCN、CuOx、 NiOx、MoOx、VOx。有机小分子与聚合物相比，具有良好的流动，但制备困难，价格昂贵； 有机聚合物具备更好的成膜和更高的迁移率。相较于有机 HTM，无机 HTM 的空穴迁移率 更高，导电及稳定更好，而且成本低。 钙钛矿吸光层的基本材料是钙钛矿前驱液，一般由碱金属卤化物钙钛矿和有机金属卤化 物钙钛矿组成。一般采用有机无机混合结晶材料——如有机金属三卤化物 CH3NH3PbX3 （X=Cl\Br\I）作为光吸收材料。其中最常见的是 CH3NH3PbI3，这种材料由甲基铵正离子嵌入 铅离子（Pb2+）和碘离子（I -）组成的八面体框架。制作金属卤化物钙钛矿所需原材料储量丰 富，价格低廉，且前驱液的配制不涉及任何复杂工艺，对纯度要求不高，后续组件对加工环境 要求也不高。

电子传输材料（ETM）主要可分为金属氧化物（常用 TiO2、ZnO 等）和复合材料，主要 涉及钛 60、BCP、PCDM、二氧化硒、二氧化钛等材料。目前使用和研究最多的 ETM 为 TiO2， 但由于 TiO2 电子迁移率和电子扩散距离与钙钛矿材料及常用 HTM 的空穴迁移率、扩散距离 相比不太匹配，成为电池结构中电荷捕集效率的瓶颈。目前，研究者以介孔 Al2O3 为骨架，TiO2 纳米颗粒和石墨烯复合物代替 TiO2 作为 ETM 在低温条件下（<150℃）获得了 15.6%的转换 效率。 电极层一般使用金属电极（Al、Au、Ag）、透明导电电极、TCO 等，涉及材料主要是钛、 铜箔和不锈钢箔。电极选择的材料不同，其技术路线和制备方法也不同。

（二）中游：材料、工艺、设备齐头并进

1、技术路径：平面反式、平面正式、介观印刷结构

目前常用器件结构分为平面结构和介观印刷结构，平面结构中又根据器件电荷传递方向 的不同（电子传输层和空穴传输层进行调换）分为正式和反式，产业化进程中使用平面结构 的企业较多。介观印刷结构的特点是在导电基底上通过逐层印刷方式涂覆 3 层介孔膜，制备可 印刷的介观钙钛矿电池。平面正型结构的钙钛矿电池器件主要由底电极／电子传输层／钙钛矿 层／空穴传输层／顶电极组成。目前，万度光能、南大昆山研究院在做介观印刷的技术路线， 在导电体上面，进行不同的介孔层的印刷，然后在上面再印刷一层碳电极。目前，在 900cm2 面积实现 9%的效率，在 60 cm2 实现 12.87%效率。协鑫光电、极电光能、纤纳光电等企业选 用平面结构路径。目前钙钛矿电池生产企业中选用平面式结构较多，正式与反式均有涉及。

2、工艺路线：与材料、配方及电池结构等要素相关（以平面反式为例）

平面结构电池中每层工艺路线与对应材料、配方、电池结构等要素相关，可能涉及的工 艺如下：（一）导电基底一般使用 CVD 或 PVD 法制备 ITO 或 FTO 导电玻璃。若第二层空穴 传输需要温度较高的工艺，则选择 FTO 导电玻璃，因为 ITO 超过 300 摄氏度之后，会容易出 现弯曲形变。（二）空穴传输层 PVD 法或刮涂法制备，不同材料对应不同制备方法。如果选 择氧化镍，它基本上就是喷涂、喷雾热解制备或者是用 PVD 法制备。如果选择 PTAA 等有机 物，就需要刮涂制备或者是喷雾热解制备。（三）钙钛矿吸光层比较流行做的是湿法制备、刮 棒制备、狭缝涂布制备以及喷雾热解制备，不同工艺方法各有优缺点，目前使用湿法，尤其是 涂布工艺较多。（四）电子传输层若选择有机材料会使用蒸镀工艺，若为金属氧化物则会涉及 气相沉积等工艺。有机材料，比如富勒烯等，选择的方式可能是蒸镀，尤其是团簇式蒸镀设 备。如果选择二氧化锡或者硫化镉或者是二氧化钛这一部分，则使用 PVD 设备，或是 RPD、 磁控电射等设备。（五）电极层选择金属电极通常对应蒸镀工艺，若选择透明导电电极通常对 应磁控溅射工艺。

3、中试线基本工序介绍

目前每家钙钛矿企业都有自身生产路线及每一层的材料的选择，对应设备也在进行技术 升级。常用的有主 PVD 和主蒸镀两种工序，具体如下：

（一）主 PVD 工序：在电子传输层、空穴传输层、电极层制备使用 PVD 工艺。

（二）主蒸镀工序：在电子传输层、电极层使用蒸镀工艺。 如果电子传输层选择的为有 机材料，或金属电极（如铜、银等），则技术路线和设备以蒸镀为主。第一步是 FTO，然后输 入缓冲层靶材制备阳极缓冲层，接着激光设备，然后输入钙钛矿溶液利用涂布工艺制备钙钛矿 吸光层，之后开始蒸镀设备制作电子传输层，然后电极层。如果以此种技术路线，那么蒸镀设备的需求量就会比较大，并穿插 PVD 设备。

4、设备端：主要为镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备

产线设备类型主要为镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备，其中镀膜设备价值量 过半，激光设备确定需求强，封装设备与晶硅电池相比差别不大。（一）镀膜设备主要涉及 PVD 及 RPD 设备，其中 RPD 设备比传统的 PVD 设备优势在于可以减少对钙钛矿电池的轰击 损害，有利于提高转换效率和良率。相应的设备企业有捷佳伟创、迈为股份、京山轻机、众能 光电等，其中捷佳伟创于 2022 年 7 月获钙钛矿电池量产 RPD 镀膜设备订单，该 RPD 设备具 备较高技术壁垒；蒸镀设备主要涉及京山轻机等，2021 年 5 月京山轻机子公司晟成光伏与协 鑫光电开展叠层技术战略合作，晟成光伏钙钛矿团簇型多腔式蒸镀设备已实现量产并应用于多个客户端。（二）涂布设备主要用于制作钙钛矿吸光层，主要企业德沪涂膜（未上市）、众能光 电等，德沪涂膜为协鑫光电 100MW 产线供应大尺寸狭缝涂布设备，狭缝涂布可在玻璃、塑料 等基片上沉积液体化合物，精确控制液体流量和移动相对速度，制备所需技术指标的薄膜。众 能光电目前已对外销售刮涂/涂布一体机。（三）目前各种技术路线均需要激光设备，激光设备 主要应用工序为激光划线，把大的面板进行切割，形成子电池，再将电池用串联或者并联的方 式连接。目前供应钙钛矿激光设备的公司包括大族激光、迈为股份、德龙激光、杰普特、帝尔 激光、众能光电等。

（三）解决大面积制备不均匀、不稳定问题取得积极进展

1、钙钛矿电池的发展需要“工艺”、“配方”、“设备” 三驾马车齐头并进

钙钛矿目前面临“大面积制备不均匀、不稳定”问题，需要“工艺”、“配方”、“设备” 三 驾马车齐头并进。钙钛矿是一个“工艺”与“配方”并重的技术，同时由于技术路线时间短， 工艺尚未如晶硅般成熟，也无法向半导体设备借鉴，主要瓶颈在于大面积制备工艺和长期稳定 。适合大尺寸、高效率量产的钙钛矿设备能的提升与国产化也是必须要解决的问题。要实 现质的飞跃，“工艺”、“配方”、“设备”这三驾马车必须齐头并进。

2、大面积制备不均匀问题的解决取得积极进展

钙钛矿面临大面积制备不均匀问题，相关研究团队从大面积生产良率，宽带隙钙钛矿 薄膜大面积均匀制备等方面突破，已取得积极进展。 钙钛矿太阳能电池虽然在实验室中获得 了较高的光电转换效率，但是实验中获得的数据和结果与生活应用中的情况还是存在差异的， 在实际应用中会受到更多因素的影响。目前一方面难以制作出大面积、连续的钙钛矿薄膜，另 一方面目前工艺下制备的大面积薄膜会使电池内部电阻率升高，转换效率下降。 针对大面积一步溶液涂布法薄膜结晶受环境影响大，随机强，大面积生产良率低的问 题，极电光能开创地用“原位固膜”技术解决这个难题。通过“干法搭骨架，湿法定结晶” 的策略，即把溶剂挥发与化学成键分开、形核与晶粒生长分离，而且“骨架层”充当着结晶模 板的作用，钙钛矿膜层制备在可控条件下发生，受环境影响小，便于面积放大，工艺窗口宽， 成品率高，实现高质量钙钛矿薄膜的面积连续放大。“原位固膜”工艺制备的钙钛矿膜层质量 显著优于“一步溶液涂布法”制备的钙钛矿材料，其组件效率更高。另外，它也可以在不平整 的基底表面成膜，因此还可以很好地兼容与晶硅叠层电池的制备。其他研发机构和公司也积 极探索解决大面积制备不均匀问题并取得积极进展。

3、钙钛矿电池的稳定受材料、器件、组件三种维度影响

影响钙钛矿电池稳定主要因素包括钙钛矿材料稳定、器件中各功能层的稳定、外部 环境等。钙钛矿材料作为电池中的吸光层和活层，主要受环境因素影响，包括水氧条件、加 速或温度变化、光照条件等。同时，钙钛矿电池传输层和电极层材料也会对稳定产生影响。 材料稳定一般采用更新升级钙钛矿材料种类等方法。一般采用增加缓冲层的方法，减少平面 钙钛矿电池中各层之间的相互影响，提升器件稳定。为降低环境影响，合适的封装材料和封 装工艺是提升稳定不可少的条件，封装材料和工艺需满足以下要求：化学惰、阻水阻氧阻 紫外特等。 钙钛矿电池稳定测试方法，分为实验室和商用组件两种 。其中商用钙钛矿电池组件运 行稳定测试一般包括测试其在标准测试条件（比如 IEC61251 测试标准）和实际户外使用情 况下的工作寿命。

4、钙钛矿组件已通过晶硅组件检测标准 IEC612215 加速老化认证测试

钙钛矿稳定是业界非常关注的问题，目前通过无机电荷传输层的应用、钙钛矿材料体 系优化、钝化技术的导入、复合电极的开发、封装技术的优化等手段解决稳定问题，并取 得积极进展。极电光能通过无机电荷传输层材料、甲脒基钙钛矿材料体系、自创的钝化技术、 复合背电极的开发以及可靠的封装技术的开发，较好地解决了钙钛矿组件稳定的问题，并通 过了晶硅组件检测标准 IEC61215 的加速老化认证测试，还通过了泡水、加速光老化等测试。

（四）产业链下游：集中式与分布式电站、可穿戴等新型应用

1、单结应用方向：分布式电站，尤其是光伏幕墙领域

钙钛矿凭借“质量轻、美观度高、外观可设计强、透明度好”四大优点，有望在 BIPV 领域（尤其是主流晶硅光伏无法兼容领域）率先应用。钙钛矿四大优点恰是晶硅电池的短板， 可与晶硅实现错位发展。钙钛矿模块重量比晶硅模块轻至少 90%，特别适用于垂直建筑整合 及轻量化结构、光伏幕墙等主流晶硅光伏无法兼容的应用领域。2022 年 4 月，钙钛矿电池企业极电光能签约 2.8GW 整市分布式光伏电站项目，后续随着商业化钙钛矿电池组件效率和寿 命的提升，有望在分布式屋顶光伏、集中式电站逐步落地。

2、叠层应用方向：未来晶硅电池升级的主要方向之一

叠层应用主要包括钙钛矿-晶硅叠层电池（现有晶硅光伏市场升级）、钙钛矿-钙钛矿叠层。 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，转换效率可提高到 40%左右。目前部分主流晶硅电池厂商已启动钙钛矿晶 硅叠层研发工作，中来股份表示现有一种晶硅钙钛矿叠层太阳电池的制备方法等专利。 钙钛矿-晶硅叠层目前主要分为四端式、两端式两种类型。工艺难度最低的机械堆叠的四 端叠层电池可设计两个子电池的最佳制造条件，并相互独立地运行在它们的最大功率点上 。 四端叠层电池的两个子电池独立制作，并且两子电池仅在光学上存在联系，电路相互独立，因 此可以分别设计两个子电池的最佳制造条件，且两个子电池可以相互独立地运行在它们的最大 功率点上。2020 年，宾夕法尼亚大学课题组使用超薄金薄膜作为顶部电极，使四端叠层电池 的效率记录提高到了 28.3%。两端叠层电池制造成本更低，可期望获得更高的光电流。两端 叠层电池在硅电池上直接沉积钙钛矿电池制成，通过复合层或隧道结将两个子电池串联连接。 与机械堆叠的四端电池相比，这种两端架构只需要一个透明电极，由于更少的电极材料使用和 更少的沉积步骤，两端电池的制造成本极大降低。电极的减少还使得非吸收层的寄生吸收减少， 两端叠层电池可以期望获得更高的光电流。2020 年，柏林亥姆霍兹中心（HZB）在制造出的 29.8%效率的钙钛矿/硅两端叠层电池。

3、新型应用方向：柔光伏、穿戴光伏等

钙钛矿的吸收层（ABX3 层）吸光系数强，只需很薄就可完成可见光谱吸收。除应用于集 中式电站，分布式电站外，还可进行柔的，可穿戴，可折叠的制备。 柔太阳能电池由于 重量轻、可弯曲、安装成本低等优点, 在移动物体、便携式设备以及航空航天领域有广阔的应 用空间。作为国内唯一的柔钙钛矿太阳能电池制造企业,大正(江苏)微纳科技由江苏 省双创人才、清华大学校友领军,通过整合先进的高精度狭缝涂布、喷墨打印、化学气相沉积 及卷对卷制造等方式实现了在柔导电基底上进行柔钙钛矿太阳能电池的生产。

五、产业化已进入初步落地阶段，央企参与布局

（一）目前在建产能 0.86GW，规划产能超 28.3GW，已实现钙钛矿 组件出货

钙钛矿电池在建及规划产能迈入 GW 级，其中在建产能 0.86GW（不完全统计），规划产 能 28.3GW，已有 GW 级项目签约及小批量钙钛矿组件出货。主要企业进展如下： 2022 年 2 月，占地约 250 亩，装机容量 12 兆瓦，纤纳新能源计划总投资 6000 万元左右 的全球首个钙钛矿光伏地面电站开工建设。 2022 年 4 月，极电光能与大冶市人民、智能科技在湖北大冶举行“大冶新能源项目 签约暨长冶新能源揭仪式”。大冶新能源项目装机规模达 2.8GW，总投资金额约 120 亿元。 极电光能将为该项目提供更绿色、更高效、更低成本的钙钛矿光伏组件产品。 2022 年 5 月，仁烁光能预计下半年启动 150MW 钙钛矿光伏组件量产线建设，目标尺寸 1.2*0.6m，效率达 20%以上。 2022 年 7 月，全球钙钛矿光伏产业化领军企业纤纳光电在浙江衢州正式宣布全球首批钙 钛矿商用组件α的发货，数量共 5000 片，用于省内工商业分布式钙钛矿电站。 2022 年 8 月，长城集团与江苏锡山经济技术开发区签约战略合作，宣布极电光能全球总 部及钙钛矿创业产业基地项目计划建设全球首条 GW 级钙钛矿光伏组件及 BIPV 产品生产线， 预计年产值达 25 亿元。

（二）国际钙钛矿企业牛津光伏产业化发展态势良好

国际上发展迅速的钙钛矿电池企业之一是牛津光伏（Oxford PV），成立于 2010 年，目前 在英国、德国设立两大研发中心，共有研发人员约 90 人，并有超过 200 项专利，是目前钙钛 矿电池领域研发实力最强的领军企业。牛津光伏采用硅与钙钛矿叠层的方法提高电池板的效率， 2020 年 12 月，其钙钛矿太阳能电池创下了 29.52%的新世界认证效率纪录，今年创下了大面 积（274cm2）最高认证光电转化效率 26.8%，商业生产将于今年在 Oxford PV 位于德国的工业基地开始，计划年产能 100 兆瓦，在 2024 年将其目前 100 兆瓦/年的产能工厂扩大到 2 吉 瓦/年，这将是世界上第一条硅钙钛矿串联太阳能电池的量产生产线。

（三）央企参与布局，预计 2025 年建成工程示范电站

华能、三峡等集团积极参与钙钛矿产业布局，华能集团预计 2025 年建成工程示范电站。 中国华能是较早从事钙钛矿技术研发的能源企业，通过数年艰苦攻关，掌握了从实验室电池、 微型模组到中试组件的全流程制备技术。由新能源公司和清能院共同开发的三代线级别中试组 件在转换效率、组件尺寸等关键技术指标均达到国际领先水平。华能集团于 2015 年已实现 18.8% 效率，2021 年实现 3500cm2级世界最大单体钙钛矿电池效率 15.5%，预计 2023 年完成平米级 量产组件，2024 年完成 100MW 级能源装备，2025 年实现产业落地与工程示范。中国长江三 峡集团下属三峡资本以战略投资者身份注资纤纳光电，2021 年，中国长江三峡集团科学技术 研究院与纤纳光电联合开发的钙钛矿-晶硅四端子叠层组件（钙钛矿组件和 PERC 晶硅组件叠 加），经泰尔实验室（嘉兴）测试认证，在面积约为 20cm2 的组件上获得了 26.63%的光电转换 效率。

（四）产业支持政策持续出台,为钙钛矿产业发展护航

自 2019 年至今，钙钛矿产业发展支持政策持续出台。《“十四五”能源领域科技创新规划》 指出支持高效钙钛矿电池制备与产业化生产技术，具体方向为研制基于溶液法与物理法的钙钛 矿电池量产工艺制程设备，开发高可靠组件级联与封装技术，研发大面积、高效率、高稳定 、环境友好型的钙钛矿电池；开展晶体硅/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿等高效叠层电池制备及产 业化生产技术研究。2022 年 6 月，由华能清能院主持编制的中电联《钙钛矿光伏组件》标准 送审稿顺利通过专家组审查。专家组一致认为《钙钛矿光伏组件》标准技术框架结构合理、内 容全面、可操作强，与有关标准相协调，总体达到国际先进水平。这是我国首个钙钛矿光伏 组件的通用技术标准。

六、单 GW 设备价值量 3-4 亿元，十四五期间设备端需求预 计 175-263 亿元

（一）100MW 钙钛矿电池产能设备价值量约 1 亿元，GW 级预计 3-4 亿元

100MW 级钙钛矿电池产能设备量价值约 1 亿元，GW 级预计 3-4 亿元。纤纳光电 100MW 钙钛矿电池产能建设投资合计约 1.2 亿元，其中钙钛矿生产线成本约 0.97 亿元，占比 80%。 协鑫光电 100MW 钙钛矿太阳能电池组件成本拆分，其中固定资产折旧约 800 万元，折旧按 20 年计算，除去厂房等建筑成本，设备类成本预计 1-1.2 亿元。按照 1GW 产能对应约 5 亿元， 3-4 条生产线计算，对应设备价值量约 3-4 亿元，其中镀膜设备价值量超 50%。

（二）BIPV 发展有望带动钙钛矿电池下游应用加速落地

1、双碳背景下 BIPV 市场空间有望持续增长

2020 年 9 月，我国提出“碳达峰”、“碳中和”的愿景目标，其中发展绿色建筑成为实现 减碳目标的重要手段，BIPV 也将迎来持续增长。目前，我国及各省市十四五规划纲要多提及 BIPV 相关内容，为其带来发展新机遇。特别是提到“到 2030 年，实现应装尽装”，BIPV 正 在从提倡，走向全面强制推广，国内市场空间或将迎爆发式增长。

2、BIPV 领域或是 PSCs 首当其冲覆盖应用市场，总市场规模超千亿

BIPV 领域或是 PSCs 首当其冲覆盖应用市场，总市场规模超千亿。根据国家统计局数据， 2020 年我国城市建筑用地总面积约 598 亿平方米。（由于 2020 年年鉴的全国城市建筑用地总 面积中缺少北京地区数据，因此此处采取 2019 年北京数据乘以 102%加 2020 年数据的方法计 算）假设： 1）我国城市建筑用地总面积：以每年 2%增速增长（参考 2018-2020 年增长率为 2%）。 2）可安装面积：以屋顶光伏可利用率 30%、立面光伏可利用率 10%。工商业占比总面积 38%。 3）每年翻新比例 6%、竣工比例 10%。（参考历史假设） 4） 每平方可安装瓦数 200W，每瓦单价 5.5 元、并以每年 10%幅度降低。（目前较传统 组件为溢价销售） 测算 BIPV 潜在装机市场达 277GW，对应潜在市场规模达 1081 亿。

（三）十四五期间设备端需求预计达到 175-263 亿元

十四五期间设备端需求预计达 175-263 亿元。考虑钙钛矿电池组件在 BIPV 领域的渗透提 升，2022-2025 年钙钛矿电池 BIPV 领域潜在装机需求预计 76.2GW。根据本报告第五部分产 能统计，目前钙钛矿电池在建及规划产能约 29GW，随着钙钛矿电池技术发展日益成熟，十四 五期间在建及规划产能有望到达 50-75GW，按单 GW 设备投资 3.5 亿元计算，对应设备总投 资 175-263 亿元。

（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】。