钙钛矿行业专题分析：光伏电池的“明日之星”

一、钙钛矿电池高效率低成本，是光伏领域新希望

1.1 钙钛矿电池是第三代电池，单结和叠层技术并行发展

光伏电池根据技术可以分为三类，其中高效电池技术路线为：单晶 PERC→TOPcon→ 异质结（HJT）、全背接（IBC）→背接触异质结（HBC）、TBC、双面异质结（BifacialHJT） →钙钛矿单节/钙钛矿叠层太阳能电池。

第一类：硅基太阳能电池，包含单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太 阳能电池。第一代太阳能电池制备成本较高，光电转换效率（PCE）一般，电池器件 稳定很好，使用寿命一般在 20 年左右，目前已经投入市场应用。在晶硅技术路径 里，经历了 Perc-TOPcon-HJT 的三个阶段。

第二类：多元化合物薄膜太阳能电池，包括砷化镓（GaAs）、碲化镉（CdTe）、铜铟 镓硒（CIGS）太阳能电池等，这类薄膜太阳能电池的转换效率（PCE）较高，器件稳 定性较好，电池器件制备工艺简单，但电池使用的部分材料元素严重污染环境并且 地球储备量很少，阻碍了这代太阳能电池商业化和工业量产。

第三类：新型太阳能电池，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、量子点太阳能电池等。这类太阳能电池制备工艺简单、原材料地球储备 量大、光电转化效率较高。

钙钛矿泛指化学结构通式为 ABX3 的化合物，合成简单；钙钛矿电池是利用钙钛矿型的 有机-无机杂化金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。钙钛矿是一个大的原子 或分子阳离子 A（+1 价）在一个立方体的中心。一般为甲胺 CH3NH3 +、甲脒 NH2CH=NH2 +。 立方体的角落被原子 B（+2 价）占据，通常为正二价锡离子 Sn2 +、铅离子 Pb2 +，立方 体的表面被一个更小的带负电荷的原子 X（-1 价）占据，通常为 I -、Br-、Cl-等。钙钛矿 材料属于人工设计的晶体材料，合成工艺简单，材料配方选择较灵活，可设计性强，具 有高光电转换效率、价格低廉、重量轻等优点。

钙钛矿电池根据电荷传输方向不同，可分为 n-i-p 型和 p-i-n 型。二者区别在于两种结 构传输层顺序相反。n 代表电子传输层（ETL），i 代表钙钛矿活性层，p 代表空穴传输层 （HTL）。

正置结构 n-i-p 型：太阳能电池根据电子传输层结构不同又可分为介孔结构和平面 结构。介孔结构即在透明导电基底上依次沉积致密的 TiO2 电子传输层和 TiO2 介孔 层，介孔层可为钙钛矿的生长提供多孔基底、有效改善薄膜的均匀性、减少缺陷， 同时也是支撑钙钛矿的支架。由于薄膜沉积技术提高了钙钛矿薄膜质量，而介孔型 钙钛矿制备相对复杂，因此现在普遍使用平面型钙钛矿。平面结构不使用介孔支架， 直接制备钙钛矿层，工艺简单，光电转换效率更高。

倒置结构 p-i-n 型：钙钛矿作为本征半导体夹在两个电荷选择层之间，其制备工艺 简单、成本低，可用于钙钛矿叠层器件的制备，且迟滞现象几乎可以忽略。相对 ni-p 结构而言，p-i-n 结构钙钛矿太阳能电池最大的问题是效率不高，提高其效率是 目前的研究热点，更适用于柔性电池器件的制备。

钙钛矿太阳能电池工作原理与晶硅电池类似，工作原理均为光生伏特效应。钙钛矿材料 介电常数大、激发能低，因此在吸收光子后可以产生空穴-电子对，并在室温下解离。解 离的电子迁移至电子传输层（ETL），空穴迁移至空穴传输层（HTM）。电子和空穴分别经 电池两侧的透明导电电极（FTO）和金属电极收集，并产生电流。

钙钛矿太阳能电池按技术路径分为叠层和单结。单结钙钛矿电池即只有一个 PIN 结。叠 层钙钛矿电池主要系钙钛矿分别与钙钛矿、晶硅或薄膜电池进行叠层，拥有多层吸光层。 钙钛矿电池结构：由导电玻璃、电子传输层（ETL）、钙钛矿活性层、空穴传输层（HTL） 和金属电极组成。各层材料可选择较多。

TCO 导电玻璃：位于器件最底端，是太阳光和载流子传输的重要部件，其透光率、 表面粗糙度、表面方阻等会直接影响器件性能，常用的刚性基底为透明导电玻璃掺 氟氧化锡（FTO）、氧化铟锡（ITO），柔性基底通常为 ITO/PEN。

电子传输层（ETL）：一般由 N 型半导体组成，电子传输层在钙钛矿太阳能电池中起 着至关重要的作用：①影响钙钛矿材料的晶体结构；②有效提取和输运光生电子； ③与光吸收层、电极之间的界面影响载流子输运。电子传输层应与钙钛矿吸光层能 级匹配，且具有电子迁移率大、透光率高等特点。目前电子传输材料主要分为两大 类:金属氧化物、有机化合物，常见金属氧化物电子传输材料主要有 TiO2、ZnO、SnO2 等；有机化合物一般为富勒烯衍生物（PCBM）、C60，C60 更能有效地传输电子和钝 化缺陷，从而减少载流子复合，因此 C60 性能优于 PCBM。

钙钛矿活性层：为钙钛矿太阳能电池的核心层，可吸收一定波长范围内的太阳光， 促进光生载流子的解离与输运。一般为有机金属卤化物。

空穴传输层（HTL）：一般由 P 型半导体组成，空穴传输材料要与钙钛矿层和对电极 有着合适的能级匹配，既可以高效地进行空穴的提取和传输，又能有效地阻挡电子 的迁移和载流子复合。根据材料组分的不同，空穴传输材料可以分为有机材料和无 机材料（NiO、CuOx、CuI 和 CuSCN）。spiro-OMeTAD 是 PSCs 中使用最早、应用最 广泛的 P 型小分子空穴传输材料。

顶电极：可以是碳电极，或为 Au 或 Ag 等贵金属制备的背电极。

钙钛矿能调整带隙宽度，叠层技术可以提高光电转换效率。据索比光伏网数据，钙钛矿 材料带隙宽度约为 1.2-2.5eV，由于钙钛矿可人工合成，所以钙钛矿能调整带隙宽度，可 将两个具有不同带隙的钙钛矿电池叠层以提高光电转换效率。由于各类材料具备不同带 隙，不同材料叠层可分别吸收不同光谱的光，可叠层以提高光电转换效率。

不同材料叠层互补，以钙钛矿/晶硅叠层为主，钙钛矿/晶硅两端叠层电池稳态输出 效率已经达到 32.44%：钙钛矿电池比晶硅电池能更有效地利用高能量的紫外和蓝 绿可见光，而晶硅电池可有效地利用钙钛矿材料无法吸收的红外光。

钙钛矿能调整带隙宽度，提高光谱吸收效果，全钙钛矿叠层电池稳态光电转换效率 达到 29%：全钙钛矿两端叠层电池包括两个子电池：宽带隙顶电池和窄带隙底电 池，子电池间通过隧穿复合结以串联的方式连接。叠层器件通过对不同波段的阳光 进行分别吸收，从而可以减少由于电子热弛豫所造成的能量损失，从而提升电池的 光电转换效率。

钙钛矿和晶硅叠层实现 1+1＞2 效果，转换效率更高、发展速度最快。钙钛矿太阳能电 池可作为顶电池与硅电池形成叠层太阳能电池，即钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池。钙钛矿 -硅叠层电池可分为两端叠、三端叠和四端叠。目前单结电池实验室效率记录已达到了 25.7%，两端叠电池实验室效率超过 31%；而两端叠电池的理论效率可达 45%，远高于 单结电池的 S-Q 极限效率 33%。

两端叠层电池：两端叠层电池是将钙钛矿电池直接旋涂在硅底电池上，通过中间的 透明导电层连接在一起，形成串联电池，两端叠层电池只有顶部和底部两个电极。2015 年由 MIT 大学 Mailoa 课题组首次成功制备，实现 13.7%转换效率（PCE）。目 前两端叠层电池实验室效率超过 31%。

三端叠层电池：受限于低带隙电池过小的 VOC，难以实现较高的性能，因此发展较 为缓慢。

四端叠层电池：可以分立的设计上下两个组件，然后通过机械叠层组合在一起，工 艺更加简单，可避免电流匹配对性能限制，因此更有可能实现高 PCE、低成本的叠 层电池。

根据晶硅电池类型，叠层电池可包括钙钛矿-PERC、钙钛矿-TOPerc、钙钛矿-TOPCon 以及钙钛矿-异质结四种。根据 2020 年 EUPVSEC 发布了德国弗劳恩霍夫太阳能研究所 的研究报告，据黑晶光电披露：

钙钛矿-PERC 电池：主要受限于正表面未钝化的掺磷发射极，这将导致电池 Jsc 与 Voc 的降低，预估效率为 29.0%，其底电池成本约为 0.48 欧元/片，相对较低。

钙钛矿-TOPerc 电池（PERC 增加类似 TOPCon 的钝化层）：得益于前表面的全局 钝化及出色光学电学性能，可得到 30.0%光电转换效率。N-TOPCon 层（钝化层） 中的 FCA 部分补偿光学增益，并进一步降低多晶硅厚度。替换掺磷发射极与相应工 艺的改变降低了此叠层概念成本，底电池 0.47 欧元/片。

钙钛矿-TOPCon 电池：Pero-TOPCon 通过全面积钝化接触代替局部 Al-BSF 适当提 高了电池效率，约为 30.1%。但是由于背部的银色栅线，底电池成本较高约为 0.54 欧元/每片。

钙钛矿-异质结电池：转换效率最高为 30.7％，但是由于设备和工艺耗材成本增加， 底电池成本进一步提高至 0.61 欧元/片。

1.2 与晶硅比，单结/叠层钙钛矿组件理论转换效率更高、生产效率更高

1.2.1 追求高转换效率是光伏电池发展核心动力所在，钙钛矿理论转换效率较晶硅更高

追求高转换效率是光伏电池发展的动力所在。在功率大型化发展趋势以及硅料限制下， 光伏电池发展只有提高转换效率这条路径，而晶硅电池的转换效率逼近材料理论极限效 率，从而发展出了钙钛矿太阳能电池。钙钛矿电池能够实现更高的转换效率，发展空间 大于晶硅电池，以及对降本的追求，量产后的钙钛矿电池成本相较于晶硅电池更低，降 本增效效果更加显著。 钙钛矿弱光性能优异，具备高转换效率。弱光性能与材料带隙数值有关，半导体材料以 1.4eV 为最优带隙，材料带隙越接近 1.4eV 则效率越高。由于钙钛矿可人工设计，因此 钙钛矿材料存在带隙宽度，据中科院物理研究所数据，钙钛矿材料带隙宽度约为 1.2- 2.5eV，所以钙钛矿弱光性能优势优异。对比晶硅材料，晶硅带隙约 1.1eV，远低于钙钛 矿材料带隙最低值。

晶硅电池转换效率已逼近极限 29.4%，钙钛矿理论效率高于晶硅电池，发展空间更大。 在理论极限下，晶硅太阳能电池、PERC 单晶硅电池、HJT 电池、TOPcon 电池的极限转 换效率分别为 29.40%、24.50%、27.50%、28.70%。而单结钙钛矿电池理论最高转换 效率达 31%，多结钙钛矿电池理论最高转换效率达 45%，远高于晶硅电池的 29.4%。 现实条件下，晶硅电池可实现的工程极限效率是 27.1%；量产电池方面，根据中国光伏 行业协会（CPIA）预测，到 2030 年，常规 PERC 晶硅电池效率 24.1%，HJT 电池效率 26%，TOPcon 电池效率 25.6%，IBC 电池效率 26.2%，均逐步逼近材料理论极限。

钙钛矿电池逐步突破转换效率，效率提升速度明显快于晶硅电池。根据最新的 NREL 最 佳实验室电池转换效率图，单结钙钛矿电池的实验室最高效率为 25.7%，钙钛矿-硅串联 电池的实验室最佳转换效率为 32.5%，远高于晶硅电池的实验室最高效率 27.6%。2009 年第一个钙钛矿电池被生产出来时，其转换效率仅有 3.8%，短短 13 年左右时间，单结 钙钛矿电池实验室转换效率由 3.8%提升至 25.7%，而晶硅太阳能电池转换效率提升花 费约 40-50 年，钙钛矿电池发展迅速。

1.2.2 钙钛矿电池投资成本低、产能成本低、降本空间大、生产效率高，竞争优势足

单结钙钛矿电池投资成本优势明显，单 GW 投资成本仅为晶硅电池的一半。据协鑫光电 披露，以 1GW 产能需要的投资金额来对比，晶硅的硅料、硅片、电池、组件全部加起来， 需要大约 9.6 亿元的投资规模，其中晶硅电池生产中硅料厂的投资成本约 3.45 亿元，硅 片厂的投资成本为 4 亿元，电池片厂和组件厂的投资成本分别为 1.5 亿元和 0.65 亿元； 而钙钛矿实现 1GW 产能需要的投资金额仅约为 5 亿元左右，是同级别晶硅电池生产成本的 1/2 左右，对比第二代 GaAs 薄膜太阳能电池，成本约为其 1/10。

单结钙钛矿电池 5-10GW 级别量产后产能成本仅为晶硅电池 1/2。

钙钛矿电池材料成本低拉低综合成本水平。据协鑫光电数据，单片组件成本结构中， 钙钛矿占比约为 5%，玻璃、靶材等占到另外的 2/3，钙钛矿 5-10GW 级别量产总成 本约为 5 毛-6 毛钱，是晶硅极限成本的 50%。

钙钛矿电池产业链垂直一体，涉及生产设备少，生产效率更高。钙钛矿电池产业链 明显短于晶硅电池产业链，钙钛矿厂输入化工原料、玻璃、靶材、封装胶膜、接线 盒，输出直接为组件。根据协鑫光电透露，100MW 单一钙钛矿电池工厂，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的时间，用时差异很大。

钙钛矿电池设备摊销费用低，生产过程简单，后续降本空间大。钙钛矿涉及生产环 节少，生产设备少，设备摊销费用低，且产业链短更易维护，后续有望通过规模量 产降本。

钙钛矿电池能耗成本低。从能耗看，每 1W 单晶组件制造的能耗，约为 1.52kWh， 而钙钛矿组件能耗为 0.12kWh，单瓦能耗只有晶硅的 1/10。

理论测算中，钙钛矿/晶硅叠层组件生产成本低于 PERC 电池片。2020 年德国弗劳恩霍 夫太阳能研究所的研究报告基于 PERC、TOPerc、TOPCon 和异质结四个硅底部电池，结 合透明导电复合层（ReCo）及隧穿层（SIT）概念，对所有与钙钛矿串联的叠层电池概念进行成本测算，由于减少步骤，PERC、TOPerc、TOPCon 底电池制造成本均低于目前主 流的 PERC 电池片。

钙钛矿原材料用量少，占比仅 3%，不存在原材料卡脖子问题，并避免材料稀缺性涨价。 钙钛矿制作过程无需硅料，制作金属卤化物钙钛矿所需原材料储量丰富，价格低廉。硅 片厚度通常为 180 微米，而钙钛矿组件中，钙钛矿层厚度大概是 0.3 微米，相差三个数 量级。从钙钛矿组件成本结构占比来看，成本构成最多的是玻璃及其他封装材料，达 34%， 而钙钛矿自身的材料成本占比仅为 3.1%。而且钙钛矿生产过程中的能耗比较低，多数环 节也无需真空环境，未来仍有较大的降本空间。

从 LCOE 角度，单结和多结钙钛矿电池整体度电成本较低。从 2018 年陈棋发布《钙钛 矿叠层光伏技术成本分析》看，在四种太阳能电池（PERC 多晶硅电池、单结钙钛矿电池、 钙钛矿/晶硅叠层电池、钙钛矿/钙钛矿叠层电池）的转换效率分别设定为 21%、19%、 25%和 23%，系统寿命统一假设为 20 年下，实验室内四个太阳能电池 LCOE 分别为： 5.50$/KWh、4.34$/KWh、5.22$/KWh、4.22$/KWh。钙钛矿电池的材料成本要低于多晶 硅电池，使得单结和多结钙钛矿电池的整体度电成本得以降低。

叠层技术可助力降低LCOE。2020年德国弗劳恩霍夫太阳能研究所的研究报告基于PERC， TOPCon 和异质结四个硅底部电池，分析不同叠层电池在地面电站与分布式电站应用上 的 LCOE，发现与传统 PERC 电池相比，所有叠层概念都会产生明显更低 LCOE，有望将 LCOE 降低约 11％。即通过钙钛矿叠层技术，太阳能电池的度电成本还将有所下降。

未来发展中，钙钛矿电池降本空间大。

单结钙钛矿转换效率已达 25.7%，转换效率提高，LOCE 可做到更低。钙钛矿是直 接带隙材料，吸光能力远高于晶硅，目前实验室单结钙钛矿转换效率已达 25.7%， 全钙钛矿叠层电池转换效率已达 28.0%，钙钛矿-硅串联电池的实验室最佳转换效 率为 32.5%，转换效率已提高，LOCE 可做到更低。

钙钛矿电池寿命可达 30 年。2021 年 2 月纤纳光电科技宣布，其自主研发的钙钛矿 量产组件顺利通过了基于 IEC61215 标准的稳定性加严测试，可保持 30 年稳定性， 即使转换效率和 PERC 组件相当，也能降低太阳能度电成本（LCOE）至 0.2 元。

钙钛矿温度系数绝对值低于晶硅两个量级，受温度影响低，实际发电效率高于晶硅。 晶硅组件的温度系数是-0.3 左右，这意味着，温度每上升 1 度，功率会下降 0.3%。 也就是说，如果出厂标定是 20%的效率，在实际应用场合，当温度升到 75 度，效 率大约就只剩 16%、17%。钙钛矿的温度系数为-0.001，非常接近于 0，因此它的 实际发电效率就会显著高于晶硅。

钙钛矿为人工合成，可选原材料范围广，材料降本可能性大。2018 年陈棋发布《钙 钛矿叠层光伏技术成本分析》，表示材料成本对于平准化度电成本的影响较大，而设 备成本的变化几乎不影响系统的平准化度电成本。考虑到钙钛矿可人工合成，可选 原材料范围广，所以材料降本可能性大。

1.3 下游应用场景丰富，关注 BIPV、分布式电站和地面电站三方向

钙钛矿太阳能电池下游应用场景丰富，包括 BIPV、分布式电站和地面电站。钙钛矿电 池既可以做成柔性电池组件，又可以做成刚性电池组件。

柔性电池组件：基于钙钛矿电池的质量轻、厚度小、柔性大、半透明等优良特性， 钙钛矿组件在光伏建筑集成（BIPV）的应用中优势会得到放大，也是钙钛矿商业化 早起的重要切入点之一，柔性钙钛矿电池未来有望成为 BIPV 等应用场景的主流产 品。

刚性电池组件：钙钛矿叠加晶硅的刚性组件可以应用于地面光伏电站。目前，钙钛 矿太阳能电池在消费电子和移动电源方面对比其他光伏技术优势十分明显，已完全 具备大量应用可行性。对于分布式和地面电站应用，随着稳定性的逐步提高和量产 后成本的大幅度下降，有望在 5 年左右形成成熟的产品，从而与主流的晶硅电池形 成有效竞争。

协鑫光电完成钙钛矿组件 BIPV 光伏玻璃 3C 认证，迈出建筑光伏市场第一步。光伏屋顶和光伏幕墙是 BIPV 的两大细分方向，光伏屋顶是具有承重隔热防水功能、并叠加电池 板形成的屋顶，并能有效提供工业厂房的用电需求；光伏幕墙则是将幕墙（如石材幕墙、 玻璃幕墙）和光伏发电功能相结合的幕墙，相较于屋顶，幕墙表面积更大，能有效提高 发电量，更适用于高楼大厦安装光伏发电的需求。1 月 18 日，协鑫光电获得由中国质量 认证中心（CQC）颁发的钙钛矿组件 BIPV 光伏玻璃 3C 认证证书，迈出开拓国内建筑光 伏市场重要一步。 纤纳光电全球首款钙钛矿商用组件α已实现成功交付，开启工商业分布式电站应用。 2022 年 7 月，纤纳光电在浙江衢州举行首批α组件发货仪式，此次发货数量为 5000 片， 用于省内工商业分布式钙钛矿电站，标志着纤纳自主研发的钙钛矿产品进入实质性商业 化阶段，正式敲开了钙钛矿光伏的应用大门。

二、9 步完成组件制备，量产关键看大面积制膜及稳定性提高

2.1 钙钛矿技术工艺流程简单，9 步完成组件制备

钙钛矿太阳能电池的生产流程较短，9 步就可完成一个完整的钙钛矿组件。根据协鑫光 电透露，100MW 的钙钛矿组件由 4 类设备构成：PVD 设备、涂布设备、激光设备、封装 设备。前三个比较重要，封装设备和晶硅的封装设备差别较小，可以通用；PVD 设备和 涂布设备更多参照面板行业的 TFT 制程，即在三个主要设备中有 2 个来自面板行业，因 为钙钛矿的制造生产方式和面板有很多相似之处，晶硅基本上没有重叠地方。PVD 设备 一共有 3 道，即阳极缓冲层、阴极缓冲层、背电极；涂布设备有 1 道，即涂布钙钛矿； 激光设备共有 4 道，即激光 P1、P2、P3、P4。

生产钙钛矿的具体流程为：首先输入 FTO 玻璃，用 PVD 设备镀阳极缓冲层，然后由激 光 P1 进行划线，随后是钙钛矿涂布结晶。接着是 PVD 的第二道设备镀阴极缓冲层，再 进行激光 P2 划线，并输入背电极靶材，完成后再镀背电极进行激光 P3 划线，随后进行 激光 P4，最终是封装。

溶液涂布法典型的特征是由涂布装置带动钙钛矿前驱体溶液在基底上相对运动，由液体 的表面张力和基底接触形成一层均匀的薄膜。由涂布装置的不同，可分为刮刀涂布、狭 缝涂布和丝网印刷。 刮刀涂布法：利用刮刀将钙钛矿前驱体溶液分散到基底上，所制备钙钛矿薄膜的厚 度由前驱体溶液浓度、刮板与基底缝隙宽度和刮涂的速度决定。 狭缝涂布法：可以通过控制系统进行狭缝宽度、移动速度和输液速度的调整，对薄 膜质量进行更精细化调控。狭缝涂布的方法可以将溶液密封在储液罐中，既能够提 高溶液利用率，又能保证溶液浓度的统一和减少对操作人员的影响。 丝网印刷法：通过丝网的数目和厚度调整制备薄膜的厚度，对丝网制备要求较高。

喷涂法和喷墨打印法是通过在喷头内部施加压力的方法将钙钛矿前驱体溶液从喷头内 挤出并在基底上成膜的技术。喷涂法中常用的喷头有高压气喷头和超声喷头等。与喷涂 法不同，喷墨打印法利用喷头内部压电材料形变将溶液挤出，按照预设程序进行相对运 动，可以按要求制备不同图案，避免了制版的过程，提高了钙钛矿原料的利用率。两种 喷涂方法都可以通过调整钙钛矿溶液的浓度，喷头与基底之间的距离和喷涂的速度等调 节钙钛矿成膜形态。

软膜覆盖法不依赖于常见的溶剂，也不需要真空环境，而是在压力下用聚酰亚胺膜（PI） 覆盖的方式将胺络合物前驱体快速转化为钙钛矿薄膜。该方法沉积的钙钛矿薄膜无针孔 且高度均匀，器件迟滞较小，重要的是，这种新的沉积方法可以在低温空气中进行，便 于大面积钙钛矿器件的制备。

气相沉积法是在真空环境下，通过蒸镀的方法制备钙钛矿薄膜。此方法涉及关键设备— —蒸镀设备。相对于溶液法制备，气象沉积的方法可以通过控制蒸发源的办法精确调控 钙钛矿中各组分化学计量比，并且可以保证薄膜的均一性。但是真空气相沉积需要使用 价格高昂的真空设备，而且需要较久的抽真空时间，这使得薄膜的制备时间变长和成本 升高。

2.2 从技术看量产关键有二，实现大面积高质量薄膜制备及攻克稳定性痛点

目前制约钙钛矿电池商业化发展原因有二，大面积制备技术不够成熟及结构稳定性差。

大面积制备技术不够成熟：目前大面积制备高效钙钛矿电池较困难，即制备效率超 过 20%以上、面积超过 1m²的单结电池难度较大。主要原因在：①制作出尺寸较大、 连续、均匀的钙钛矿涂层较困难；②TCO 薄膜具有微小电阻，因此面积增大时其电 阻率增大。目前，全球最大的单结钙钛矿组件为协鑫光电生产 1241.16cm²组件，效 率仅为 15.31%。

钙钛矿电池结构稳定性差：主要原因在钙钛矿组件的实际应用受制于钙钛矿活性层 以及载流子传输层的弱稳定性，钙钛矿材料在光照、加热以及湿度下易分解，器件 中常用的金属氧化物电子传输层（SnO2、TiO2 等）在紫外光下产生电子空穴复合， 两者共同作用严重限制了钙钛矿光伏器件工作稳定性。解决方案主要有：①采用复 合型钙钛矿材料，提高材料稳定性；②采用叠层技术，如制备钙钛矿-晶硅叠层电池。

纤纳光电的组件稳定性痛点被攻克，引领钙钛矿产业化发展。经德国电气工程师协会 （VDE）权威认证，纤纳光电α组件已顺利通过 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。IEC61215 和 IEC61730 标准是光伏行业最重要的基础标准，依据该标准所颁发的认 证是光伏组件进入国内外市场的必备通行证之一。

三、组件+设备+材料三端齐发力，钙钛矿产业化速度加快

3.1 国家政策加持，促进钙钛矿太阳能电池发展

国家政策加持，促进钙钛矿太阳能电池发展。由于钙钛矿太阳能电池具有高转换效率、 低成本的突出优势，而且能够助力我国实现碳达峰、碳中和的目标，目前中国政府已出 台多项钙钛矿相关政策、措施，如《关于推动能源电子产业发展的知道意见》、《加快电 力装备绿色递延创新发展行动计划》《、科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030 年）》 等，持续推进钙钛矿技术进步，提升其规模化量产能力。

3.2 产业化进程加速，组件、设备、材料三端齐发力

全球钙钵矿电池产业化进度分为三阶段。目前钙钵矿产业化发展主要在中国（处于小批 量产品试制，还未完成中试线跑通），英国、日本、韩国、荷兰也在跟进。

研发阶段（2009-2021 年）：新型有机无机杂化钙钛矿电池研发、实验室最高效率 与晶硅电池相当、稳定性不断提高、材料定型。

成果转化中试阶段（2018-2025 年）：钙矿电池放大技术与组件连接技术、产业化 装备设计开发、组件寿命提升、小批量产品线的试制。

产业化应用阶段（2025 年以后）：大组件批量生产流程的标准化设计、量产线产品 产能及良品率爬坡、原材料及设备国产化、降本增效抢占市场份动。

3.2.1 组件端：中试线逐步建设，组件实现出货

钙钛矿企业加速布局，逐渐走向商业化。2021 年以来，可以明显看到以纤纳光电、协鑫 光电、极电光能、万度光能为首的多家钙钛矿电池企业开始逐步走向商业化尝试。

纤纳光电：2022 年初，全球首条 100MW 钙钛矿规模化产线建成投产；2022 年 5 月 20 日，全球首款钙钛矿量产商用组件α的产品首发，该组件具有功率高、稳定性好、 温度系数低、热斑效应小等系列特性，而且产品具有 25 年产品材料与工艺质保，12 年线性功率输出质保；2022 年 7 月 28 日，首批α组件正式出货，此次发货数量为5000 片，用于省内工商业分布式钙钛矿电站。

协鑫光电：2021 年 9 月，建成了全球首条 100MW 钙钛矿量产线，组件尺寸 1m× 2m，系统造价低于 3.0 元/W，合成温度低于 100℃，能耗低；目前协鑫光电的 100MW 产线处于工艺开发和设备改造阶段，下线组件效率已实现稳步提升，预计 2023 年 底实现 18%以上的转换效率，及 GW 级别产线建设。

极电光能：2022 年 12 月 8 日，极电光能 150MW 钙钛矿光伏生产线正式投产运行， 该产线是全球目前已投产且产能最大的钙钛矿光伏生产线，同时具备 BIPV 产品和 标准组件的生产能力，达产后年产值可达 3 亿元。

万度光能：21年6月投资60亿元建设可印刷介观钙钛矿太阳能电池生产基地项目， 项目一期建设一条 200MW 级可印刷介观钙钛矿太阳能电池大试线，成功后扩充至 10GW 产能。

钙钛矿/晶硅叠层技术也正在进行，晶硅底电池以异质结和 TOPcon 电池为主。

宝馨科技：公司已与张春福、朱卫东教授团队以及安徽大禹实业合资成立宝馨光能， 用以开展在钙钛矿-异质结叠层方面的研究。前期，教授团队在钙钛矿/晶硅叠层电 池自测效率已大于 29%。未来，公司计划 2023 年年底前将完成钙钛矿/异质结叠层 电池突破30%任务；2024年年底开始建设100MW级钙钛矿/异质结叠层电池产线， 效率突破 32%，加速老化等效外推寿命达到 25 年；力争 4 年内实现 GW 级量产线 建设，效率提升率大于 15%。

杭萧钢构：子公司合特光电电池技术选择高效异质结+钙钛矿叠层电池”，将在不晚 于 2023 年 5 月 10 日，实现高转化效率钙钛矿/晶硅薄膜叠层电池 100 兆瓦中试线 投产，且电池转化效率达到 28%以上。

黑晶光电：公司是国内首家专注于高效叠层太阳能电池研发的企业，2023 年 2 月与 皇氏集团控股子公司皇氏农光互补签订《新一代太阳能电池：钙钛矿/晶硅叠层技术 合作框架协议》，共同推进 TOPCon/钙钛矿叠层电池产品技术的研发、生产及产品应 用。

3.2.2 设备端：进入验收出货阶段，实现量产交付

钙钛矿设备端产业化速度较快，部分厂商已实现量产交付。目前，设备出货主要集中在 专业化厂商，以众能光电、京山轻机、捷佳伟创、德沪涂膜为首的国产钙钛矿设备厂商 竞争实力雄厚，部分设备产品已进入验收、出货、交付阶段。

RPD 镀膜设备：供应商以捷佳伟创为主，公司的 RPD 设备具有多项的自主知识产 权和极高的技术壁垒。2022 年 7 月，捷佳伟创的首台套量产型钙钛矿电池核心装备 出货，“立式反应式等离子体镀膜设备”（RPD）通过厂内验收，将发运给客户投入生 产；并再次中标某领先公司的钙钛矿电池量产线镀膜设备订单。

PVD 镀膜设备：供应商以京山轻机为主，具备完全自主知识产权，是用于钙钛矿电 池制备过程中沉积电子传输层（ETL）或空穴传输层（HTL）的镀膜设备。作为钙钛 矿设备领域的先行者和领导者，公司团队率先具备 PVD 镀膜设备的研发经验和交付 经验，并已具备成熟的供货能力。

蒸镀设备：供应商以京山轻机和捷佳伟创为主，京山轻机钙钛矿电池团簇型多腔式 蒸镀设备现已量产。捷佳伟创自主研发的钙钛矿共蒸法真空镀膜设备成功中标了某 全球头部光伏企业的钙钛矿电池蒸镀设备项目。

涂布设备：供应商以德沪涂膜为主，产品为板级钙钛矿和钙钛矿-晶硅叠层关键涂膜 设备，公司开发的全球首套用于大面积钙钛矿太阳能面板制造核心涂膜设备系统验 收成功。

激光设备：主要供应商有杰普特、迈为股份、帝尔激光等，杰普特的钙钛矿激光设 备已推出二代产品方案，涵盖 P1-P3 薄膜划切工艺段及 P4 清边工艺四台设备及前 后小型自动化设备。

全产线设备：供应商以捷佳伟创、众能光电为主。捷佳伟创产品包括狭缝涂布、 PVD/RPD、蒸发镀膜设备，目前捷佳伟创已经获得了狭缝涂布、PVD/RPD、蒸发镀 膜等设备订单。众能光电产品包括涂布机、刮涂机、激光刻蚀机、PVD 和 ALD 等， 目前已与国内大型央国企、民营企业和知名高校科研机构累计完成近 200 个单体工 艺设备交付。

3.2.3 材料端：靶材已进入验证阶段，TCO 导电玻璃发展快已实现供货

TCO 导电玻璃及靶材分别为 34%、31%，是钙钛矿主要核心材料。据协鑫光电数据， 其 100MW 级别组件量产成本构成，TCO 导电玻璃及其他封装材料占比第一达 34%，电 极材料占比第二达 31%。

TCO 导电玻璃：是透明导电薄膜的一大分类，具有光学带隙宽、可见光透过率高、 红外反射率高、导电性好、机械强度高、化学稳定性好等特点，常见的 TCO 材料包 括 In、Sn、Zn 和 Cd 的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。金晶科技是为数不多 掌握 TCO 导电玻璃技术且量产企业之一，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。

靶材：镀膜靶材是通过磁控溅射、多弧离子镀或其他类型的镀膜系统在适当工艺条 件下溅射在基板上形成各种功能薄膜的溅射源。隆华科技钙钛矿电池用靶材当前已 进入下游客户的供货测试阶段。

富勒烯衍生物：一种电子传输材料，万润股份富勒烯应用技术处于审核阶段。

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精选报告来源：【未来智库】。