本期投资提示：
　　钙钛矿光伏横空出世，效率屡创新高。钙钛矿是以俄罗斯矿物学家Perovski的名字命名的，最初单指钛酸钙（CaTiO3）这种矿物，后来把结构为ABX3以及与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。随后钙钛矿材料优异的性质被充分研究挖掘，电池效率也快速攀升至25.7%，在短短十余年内几乎追赶上晶硅光伏电池过去四十余年的的最佳效率26.7%，使其具备了未来挑战晶硅光伏电池主导地位的实力。
　　多种技术路线涌现，对硅基光伏是机遇也是挑战。由于晶硅具有窄带隙的特点，限制了其最高转换效率，通过将其与对应的宽带隙吸光材料（1.6-1.7eV）结合构建叠层电池可有效实现效率提升，目前钙钛矿/晶硅叠层电池的实验室内最高效率已达到31.3%，并有望在未来继续提升至35%以上。虽然钙钛矿有望成为光伏领域的终极技术形态从而颠覆现有的晶硅体系，但由于晶硅可以与钙钛矿做叠层电池，二者结合量产转换效率有望做到30%以上，因此对于晶硅电池体系来说，钙钛矿也是一种发展机遇。
　　钙钛矿两大困扰仍待解决。当前钙钛矿光伏产业化最大的障碍即材料稳定性较弱、电池寿命较短。目前为止的研究表明，通过元素工程设计晶体结构稳定的钙钛矿材料，并结合界面工程实现太阳能电池结构设计的优化，杂化钙钛矿太阳能电池的稳定性问题是有望完全解决的。而实现高效率钙钛矿电池的大面积制备是其产业化的另一大挑战。对大多数光伏技术来说，大面积制备往往伴随着电池效率的降低，这主要是由于电池面积增大伴随着串联电阻的线性增大。对于钙钛矿电池而言，这种随电池面积增加而性能降低的现象更加明显，未来也是需要解决的一大障碍。
　　上下游加快布局，产业化进程有望提速。近年来随着市场对光伏技术的关注度不断提升，钙钛矿产业化布局也开始提速。业内企业在原材料、生产工艺、电池结构与设备端不断取得突破，努力去解决钙钛矿组件的稳定性、大面积制备和高效率的“不可能三角”问题。
　　在这个过程中，不仅有新势力企业积极布局钙钛矿主产业链，更有传统晶硅设备企业研发钙钛矿核心设备并实现实验线设备的交付。多方力量共同推动，钙钛矿产业化进程有望提速，预计2026年钙钛矿组件产能有望达到37GW。
　　投资分析意见：
　　未来随着钙钛矿产业化进程不断提速，钙钛矿设备与组件企业有望持续受益，按照目前市场上已经公开的扩产规划，我们预计到2026年，钙钛矿产能有望达到37GW。建议关注在钙钛矿核心设备布局较为领先的钙钛矿企业如京山轻机、杰普特等。对于钙钛矿组件企业来说，随着产业化进程加速和技术进步，钙钛矿组件未来的生产成本有望大幅降低，届时钙钛矿组件的产品竞争力将显著提升，市场份额也将不断提升。且凭借超高的光电转换效率，未来钙钛矿与晶硅叠层的电池技术有望成为光伏领域的终极技术形态，建议关注在钙钛矿领域具有前瞻性布局的企业如奥联电子、宝馨科技等。
　　风险提示：
　　1）钙钛矿技术进展不及预期；2）光伏装机不及预期；3）相关标的业务进展不及预期。
　　

研究报告全文：行业及产电力设备业光伏设备2023年01月08日钙钛矿东风渐起降本增效未来可行业研期究行看好新技术系列之二钙钛矿电池技术业深度相关研究本期投资提示钙钛矿光伏横空出世效率屡创新高钙钛矿是以俄罗斯矿物学家Perovski的名字命名的最初单指钛酸钙CaTiO3这种矿物后来把结构为ABX3以及与之类似的晶体统称为钙证钛矿物质随后钙钛矿材料优异的性质被充分研究挖掘电池效率也快速攀升至257证券分析师券在短短十余年内几乎追赶上晶硅光伏电池过去四十余年的的最佳效率267使其具备了研朱栋A0230522050001究zhudongswsresearchcom未来挑战晶硅光伏电池主导地位的实力报研究支持告李冲A0230122060005多种技术路线涌现对硅基光伏是机遇也是挑战由于晶硅具有窄带隙的特点限制了其lichongswsresearchcom最高转换效率通过将其与对应的宽带隙吸光材料16-17eV结合构建叠层电池可有效联系人实现效率提升目前钙钛矿晶硅叠层电池的实验室内最高效率已达到313并有望在李冲未来继续提升至35以上虽然钙钛矿有望成为光伏领域的终极技术形态从而颠覆现有的862123297818晶硅体系但由于晶硅可以与钙钛矿做叠层电池二者结合量产转换效率有望做到30以lichongswsresearchcom上因此对于晶硅电池体系来说钙钛矿也是一种发展机遇钙钛矿两大困扰仍待解决当前钙钛矿光伏产业化最大的障碍即材料稳定性较弱电池寿命较短目前为止的研究表明通过元素工程设计晶体结构稳定的钙钛矿材料并结合界面工程实现太阳能电池结构设计的优化杂化钙钛矿太阳能电池的稳定性问题是有望完全解决的而实现高效率钙钛矿电池的大面积制备是其产业化的另一大挑战对大多数光伏技术来说大面积制备往往伴随着电池效率的降低这主要是由于电池面积增大伴随着串联电阻的线性增大对于钙钛矿电池而言这种随电池面积增加而性能降低的现象更加明显未来也是需要解决的一大障碍上下游加快布局产业化进程有望提速近年来随着市场对光伏技术的关注度不断提升钙钛矿产业化布局也开始提速业内企业在原材料生产工艺电池结构与设备端不断取得突破努力去解决钙钛矿组件的稳定性大面积制备和高效率的不可能三角问题在这个过程中不仅有新势力企业积极布局钙钛矿主产业链更有传统晶硅设备企业研发钙钛矿核心设备并实现实验线设备的交付多方力量共同推动钙钛矿产业化进程有望提速预计2026年钙钛矿组件产能有望达到37GW投资分析意见未来随着钙钛矿产业化进程不断提速钙钛矿设备与组件企业有望持续受益按照目前市场上已经公开的扩产规划我们预计到2026年钙钛矿产能有望达到37GW建议关注在钙钛矿核心设备布局较为领先的钙钛矿企业如京山轻机杰普特等对于钙钛矿组件企业来说随着产业化进程加速和技术进步钙钛矿组件未来的生产成本有望大幅降低届时钙钛矿组件的产品竞争力将显著提升市场份额也将不断提升且凭借超高的光电转换效率未来钙钛矿与晶硅叠层的电池技术有望成为光伏领域的终极技术形态建议关注在钙钛矿领域具有前瞻性布局的企业如奥联电子宝馨科技等风险提示1钙钛矿技术进展不及预期2光伏装机不及预期3相关标的业务进展不及预期请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明行业深度投资案件结论和投资分析意见未来随着钙钛矿产业化进程不断提速钙钛矿设备与组件企业有望持续受益按照目前市场上已经公开的扩产规划我们预计到2026年钙钛矿产能有望达到37GW建议关注在钙钛矿核心设备布局较为领先的钙钛矿企业如京山轻机杰普特等对于钙钛矿组件企业来说随着产业化进程加速和技术进步钙钛矿组件未来的生产成本有望大幅降低届时钙钛矿组件的产品竞争力将显著提升市场份额也将不断提升且凭借超高的光电转换效率未来钙钛矿与晶硅叠层的电池技术有望成为光伏领域的终极技术形态建议关注在钙钛矿领域具有前瞻性布局的企业如奥联电子宝馨科技等原因及逻辑1降本增效为光伏产业发展的主逻辑随着N型TOPCon和异质结的量产光伏的发展势必要寻求下一代电池技术2在晶硅体系下光伏电池的理论极限转换效率约为28而钙钛矿电池技术有望将光伏电池的量产转换效率提升至30以上3目前钙钛矿产业化进程已经开始起步未来随着技术突破和量产加速钙钛矿组件的经济性将会凸显目前为钙钛矿产业化初期阶段未来成长空间巨大有别于大众的认识市场普遍认为钙钛矿可能会颠覆现有晶硅技术体系我们认为钙钛矿和晶硅的叠层尤其是和异质结的叠层具有较高的发电效率且可以利用现有晶硅产能因此钙钛矿技术对于晶硅体系来说机遇大于挑战市场普遍认为钙钛矿的产业化短期难以看到进展我们认为一旦现有光伏技术成熟市场就会积极去寻找下一代光伏技术随着TOPCon和异质结的量产钙钛矿或将成为下一代光伏电池技术目前市场对钙钛矿的关注度已经提高未来随着各方推动钙钛矿的产业化进程或将加速请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第2页共36页简单金融成就梦想行业深度目录1钙钛矿光伏横空出世效率屡创新高611钙钛矿光伏是什么612钙钛矿电池结构7121nip与pin型钙钛矿电池8122介孔型与平面型1013钙钛矿电池发电原理1114钙钛矿光伏电池转换效率突飞猛进1215叠层钙钛矿光电转换效率天花板13151钙钛矿晶硅叠层电池14152全钙钛矿叠层电池172钙钛矿电池制备方法183优点众多且突出光环下仍需关注短板2231三大优点突出高效率低成本可室温柔性制备22311高效率22312低成本23313可低温柔性制备2432钙钛矿应用场景广阔2533两大困扰待解决稳定性大面积制备26331稳定性26332大面积制备274上下游加快布局产业化进程有望提速285投资分析意见326风险提示33请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第3页共36页简单金融成就梦想行业深度图表目录图1钙钛矿型材料结构6图2钙钛矿电池结构与发电原理8图3钙钛矿电池nip与pin结构8图4钙钛矿电池两种结构效率对比9图5介孔型钙钛矿电池结构10图6平面型钙钛矿电池结构10图7钙钛矿电池发电原理11图8激子行程过程11图9钙钛矿光伏和晶硅光伏效率进展对比12图10光伏电池吸光层数量与理论最大效率关系13图11晶硅光伏技术演化14图12主要晶硅技术市占率预测15图13钙钛矿硅叠层电池结构16图14钙钛矿晶硅叠层电池效率进展16图15全钙钛矿叠层电池17图16晶硅钙钛矿叠层度电成本18图17全钙钛矿叠层度电成本18图18钙钛矿电池制备流程18图19溶液法钙钛矿吸光层的制作方式19图20几种主要液相制备钙钛矿图示与市场占比20图21蒸镀法制备钙钛矿电池20图22钙钛矿各层制备方法与对应材料21图23主流光伏电池技术效率对比22图24钙钛矿电池效率进展图23图25钙钛矿组件成本构成24图26柔性钙钛矿电池应用实例24图27钙钛矿在BIPV的应用场景25图28钙钛矿在车顶的应用场景25请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第4页共36页简单金融成就梦想行业深度图29钙钛矿电池稳定性影响因素26图30大面积钙钛矿电池效率27图31液相法vs蒸镀法制备钙钛矿电池效率对比28图32钙钛矿电池商业化路线图29图33纤纳光电100MW钙钛矿项目投资成本构成29图34钙钛矿产线建设规模效应明显29图35钙钛矿电池生产核心环节及设备30表1钙钛矿材料及电池的主要特点7表2晶硅光伏三大主流技术对比15表3钙钛矿晶硅叠层电池与全钙钛矿叠层电池对比17表4液相法制备工艺19表5主流光伏电池技术效率对比22表6近期钙钛矿行业政策28表7未来5年钙钛矿产能预计MW30表8近年来国内钙钛矿设备厂商动态30表9近年来国内钙钛矿电池厂商主要动态31表10国内钙钛矿材料厂动态32表11钙钛矿相关标的介绍33表12重点公司估值表35请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第5页共36页简单金融成就梦想行业深度1钙钛矿光伏横空出世效率屡创新高11钙钛矿光伏是什么钙钛矿是以俄罗斯矿物学家Perovski的名字命名的最初单指钛酸钙CaTiO3这种矿物后来把结构为ABX3以及与之类似的晶体统称为钙钛矿物质其中A离子处于立方晶体结构的八个顶角位置一般是正一价的阳离子例如有机甲胺离子CH3NH3有机甲脒离子NH2CHNH2和无机铯离子Cs等B离子处于立方体的体心位置通常是正二价的金属离子例如亚铅离子Pb2亚锡离子Sn2和亚锗离子Ge2等X离子处于立方体的面心位置大部分是负一价的卤素离子例如氟离子F-氯离子Cl-溴离子Br-和碘离子I-等A位离子的半径大小需要满足一定基本条件必须能够填充构成钙钛矿晶体一个B位离子和六个X位离子形成BX6型的八面体结构A位离子半径必须足够延伸到该框架内因此A位离子的半径总是比B位离子半径大钙钛矿型立方体结构稳定与否是由各离子之间的距离决定图1钙钛矿型材料结构资料来源Ofweek申万宏源研究作为钙钛矿电池的核心钙钛矿材料具有众多优异的性质如吸光系数高载流子迁移率高缺陷容忍度较高等这些性质相应的使得其电池具有一系列优点如制备简单成本低廉可实现超轻超薄等此外通过对其化学成分进行调整优化从而可以制备不同特点的钙钛矿材料面向不同应用场景如半透明太阳能电池彩色光伏玻璃等材料的禁带宽度可以通过改变组成物质的种类及比例来调控能覆盖的光谱吸收范围宽至红外波段同时具备载流子扩散距离长和迁移率高的优点需要指明的是钙钛矿材料的光电性质使其不仅可以用于制备光伏电池也可以用于发光二极管LED光探测器晶体管催化剂等各类应用中请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第6页共36页简单金融成就梦想行业深度表1钙钛矿材料及电池的主要特点材料特点电池特点原材料为基础化工品制备成本低可液相制备制备温度较低可制备柔性器件节省原材料吸光系数高电池厚度很薄可制备超轻超薄器件载流子迁移率高结构简单性能优异缺陷容忍度高对原材料纯度要求低材料组分可调可实现叠层电池半透明电池彩色光伏玻璃等多类型应用资料来源公开资料申万宏源研究12钙钛矿电池结构随着钙钛矿光伏研究的不断深入逐渐涌现出多种技术路线按照吸光层数量可将其划分为单结和多结叠层电池按照吸光层的放置形式可将其划分为介孔型mesoporous和平面型planar按照电荷传输层的排列可将其划分为正式n-i-p和反式p-i-n结构电池此外体异质结梯度异质结等新型器件结构也逐渐被研发单结电池是最简单最普遍的钙钛矿电池形式通常一个单结电池结构中包括五个部分钙钛矿吸光层用于吸收入射光产生空穴和电子两种载流子从而实现将光能转化为电能空穴传输层HTL将生成的空穴抽取并传输至阳极并阻挡电子通过电子传输层ETL将生成的电子抽取并传输至阴极并阻挡空穴通过透明导电氧化物电极TCO通常为光入射面并与外电路相连金属电极通常为光反射面并与外电路相连请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第7页共36页简单金融成就梦想行业深度图2钙钛矿电池结构与发电原理资料来源Cheersonic申万宏源研究从各种关键材料的能级图中可以看出钙钛矿材料MAPbI3受到入射光照射后将吸收能量大于其禁带宽度的光子并产生光生载流子光生载流子分离为空穴和电子并分别注入电荷传输材料中其中空穴从钙钛矿材料进入空穴传输材料Spiro-OMeTAD电子从钙钛矿材料进入电子传输材料TiO2最后分别通过金属电极Au和透明导电基底ITO传输至外电路121nip与pin型钙钛矿电池钙钛矿太阳能电池的组成按照功能分层一般可分为五层阳极层空穴传输层光吸收层电子传输层以及阴极层根据需要还可以再加上电子修饰层和空穴修饰层根据五个基本功能层的顺序可分为nip型结构和pin型结构nip型结构各层由下至上分别为阴极层电子传输层光吸收层空穴传输层阳极层pin型结构各层分布不同的是电子传输层和空穴传输层即为阳极层空穴传输层光吸收层电子传输层阴极层各层起到不同的作用共同构成完整电池图3钙钛矿电池nip与pin结构资料来源Advancedfunctionalmaterials申万宏源研究请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第8页共36页简单金融成就梦想行业深度以pin型为例阳极层一般是ITO导电玻璃FTO导电玻璃等起收集空穴构成电池阳极的作用空穴传输层通常是PEDOTPSS等材料该层与电池的光吸收层的界面处的接触形成欧姆接触能够高效地传输由活性层产生的自由空穴且需要有效地阻挡住界面处自由电子的通过进而避免电子与空穴的复合光吸收层即钙钛矿电池的活性层由钙钛矿材料组成该层是整个电池结构的核心位置其成膜质量好坏直接决定了器件性能优劣电子传输层通常是PCBM或C60等材料该层需要高效的传输光吸收层产生的自由电子有效的阻挡自由空穴的通过且与活性层的界面处形成欧姆接触阴极层一般是铝银和铜等金属材料钙钛矿单结电池主要分为n-i-p和p-i-n型两种结构路线两者区别在于载流子传输层ETLHTL相对于钙钛矿吸光层的位置由于需要与钙钛矿材料以及TCO能级匹配的要求在两种结构中可用作ETLHTL材料的选择均较有限钙钛矿电池脱胎于染料敏化n-i-p结构电池因而研究较早且更加深入目前钙钛矿电池最高效率257即采用该种结构对于n-i-p结构电池ETL常使用氧化钛由于氧化钛制备过程涉及数百度高温加热近年来氧化锡被视为替代氧化钛的最佳选择得益于优异的空穴传输能力spiro-OMeTAD通常被视为高效率n-i-p电池中HTL的唯一选择但其较差的稳定性及较高的制备成本使得学界不断探索新的HTL材料相比而言p-i-n结构电池发展要略晚一些因此其效率略低于n-i-p结构电池但最近几年发展十分迅速该结构摆脱了对spiro-OMeTAD的依赖拥有PTAA氧化镍polyTPD自组装小分子等多种高效HTL的选择目前p-i-n电池已经成为新的研究热点图4钙钛矿电池两种结构效率对比资料来源NatureEnergy申万宏源研究请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第9页共36页简单金融成就梦想行业深度122介孔型与平面型早期钙钛矿材料被用在染料敏化电池的吸光层中作敏化剂即为介孔型钙钛矿单结电池随后将介孔材料替换为薄膜材料后演化为平面型电池结构介孔型钙钛矿太阳能电池发展最早效率最高材料和工艺最成熟也是目前普遍研究的一类钙钛矿太阳能电池介孔结构的钙钛矿太阳电池为FTO导电玻璃TiO2致密层TiO2介孔层多孔TiO2支架层钙钛矿层HTM层金属电极透明导电基底是其他材料的载体同时还是光线透过的窗口并负责将收集到的光电子传送至外电路透明导电基底一般采用氧化铟锡导电玻璃ITO或氟掺杂的氧化锡导电玻璃FTO电子传输层由致密TiO2和介孔TiO2两层材料组成致密TiO2直接制作在透明导电基底上阻止导电基底与钙钛矿材料的直接接触避免空穴向导电基底传输介孔TiO2既起到支撑框架作用辅助钙钛矿生长形成多孔TiO2钙钛矿混合层又起到关键的传输电子的作用常用的致密层制备方法有旋涂法喷雾热解ALD法磁控溅射法等其中以喷雾热解法和旋涂法最为常用前者的工艺相对较为稳定重现性较好后者由于使用成本更低操作简单因此成为制作致密层的主流方法钙钛矿吸光层则是钙钛矿太阳能电池中吸收太阳光产生光电子的活性材料目前成熟的钙钛矿材料是碘化铅甲胺MAPbI3空穴传输层的作用是提取和传输光生空穴常用Spiro-OMeTAD金属电极的作用是传输电荷并连接外电路一般通过在空穴传输层外面蒸镀一层金而获得图5介孔型钙钛矿电池结构图6平面型钙钛矿电池结构资料来源知网申万宏源研究资料来源物理学报申万宏源研究请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第10页共36页简单金融成就梦想行业深度13钙钛矿电池发电原理图7钙钛矿电池发电原理图8激子行程过程资料来源科普中国申万宏源研究资料来源科普中国申万宏源研究钙钛矿太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置其本质是半导体二极管发电原理也正是基于PN结的光生伏特现象PN结是由一个N型掺杂区N为Negative的字头这类半导体由于含有较高浓度的电子带负电而得此名和一个P型掺杂区P为Positive的字头这类半导体由于含有较高浓度的空穴相当于正电荷带正电而得此名紧密接触所构成的其接触界面称为异质结界面PN结当太阳光照射在半导体PN结上时会激发形成空穴-电子对激子由光照产生的激子首先被分离成为电子和空穴然后分别向阴极和阳极输运带负电的自由电子经过电子传输层进入玻璃基底接着经外电路到达金属电极带正电的空穴则扩散到空穴传输层最终也到达金属电极在此处空穴与电子复合电流形成一个回路完成电能的运输钙钛矿器件的工作机制总体可以被划分为五个过程1光子吸收过程受到太阳光辐射时电池的钙钛矿层吸收光子产生受库仑力作用束缚的电子-空穴对由于钙钛矿材激子束缚能的差异这些载流子或者成为自由载流子或者形成激子2激子扩散过程激子产生后不会停留在原处会在整个晶体内运动激子的扩散长度足够长激子在运动过程发生复合的几率较小大概率可以扩散到界面处而且因为钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率所以载流子的扩散距离和寿命较长3激子解离过程钙钛矿材料的激子结合能小在钙钛矿光吸收层与传输层的界面处激子在内建电场的作用下容易发生解离其中电子跃迁到激发态进入LUMO能级解除束缚的空穴留在HOMO能级进而成为自由载流子请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第11页共36页简单金融成就梦想行业深度4载流子传输过程激子解离后形成的自由载流子其中自由电子通过电子传输层向阴极传输自由空穴通过空穴传输层向阳极传输5电荷收集过程自由电子通过电子传输层后被阴极层收集自由空穴通过空穴传输层后被阳极层收集两极形成电势差电池与外加负载构成闭合回路回路中形成电流14钙钛矿光伏电池转换效率突飞猛进光伏发电成本依赖于太阳能电池的光电转换效率有研究显示转换效率每提升1发电成本可降低7但目前晶硅太阳能电池光电转换效率遭遇发展瓶颈因此研发制备更低成本更高效率的太阳能电池是实现光伏发电平价上网的关键也将为实现双碳目标提供重要科技支撑第一片钙钛矿光伏电池于2009年由日本科学家Miyasaka制备其光电转换效率PCE仅有38远远低于同时期已经实现商业化应用的硅光伏电池2012年韩国的Park和英国牛津的Snaith分别对电池结构进行了调整优化使得钙钛矿电池效率突破了10大关吸引了全球学术界的关注随后钙钛矿材料优异的性质被充分研究挖掘电池效率也快速攀升至257在短短十余年内几乎追赶上晶硅光伏电池过去四十余年的的最佳效率267使其具备了未来挑战晶硅光伏电池主导地位的实力图9钙钛矿光伏和晶硅光伏效率进展对比资料来源NREL申万宏源研究从理论上讲目前单层钙钛矿太阳能电池的光电转换效率最高为33双层结构可以高达4522年6月南京大学现代工程与应用科学学院和英国牛津大学学者运用涂布印刷真空沉积等技术在国际上首次实现了大面积全钙钛矿叠层光伏组件的制备开辟了大面积钙矿叠层电池的量产化商业化的全新路径经国际权威第三方测试机构认证请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第12页共36页简单金融成就梦想行业深度该组件稳定的光电转换效率高达217是目前已知的钙钦矿光伏组件的世界最高效率该成绩被最新一期的太阳电池世界纪录表收录相关成果近日刊发于国际权威学术期刊科学15叠层钙钛矿光电转换效率天花板当前产业化晶硅单结太阳能电池的光电转换效率已经达到2325实验室最高效率也已达到27十分接近单结理论最大效率31进一步提升单结晶硅电池效率的空间极为有限通过使用多层吸光层来构建叠层结构的光伏电池可以更加充分的利用入射的太阳光拥有更高的理论效率天花板如下图所示在理想情况下两结叠层电池的理论效率大幅提升至45更多吸光层可以继续增加理论效率但边际效益显著下降因而从性能和经济性考虑两结叠层电池是未来产业化的主要方向叠层电池中通常包含一个宽带隙吸光层16-20eV用于吸收蓝光范围和一个窄带隙吸光层09-14eV用于吸收红光范围前述提到钙钛矿由于其化学组分可以调整晶硅砷化镓等半导体不具备此性质因而较为容易控制其带隙和吸光范围非常适合用于制备叠层电池当前基于钙钛矿的叠层电池主要有两种技术路线钙钛矿晶硅叠层和全钙钛矿叠层电池此外还有钙钛矿有机叠层电池钙钛矿CIGS叠层电池等正在探索的方案图10光伏电池吸光层数量与理论最大效率关系资料来源Nature申万宏源研究请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第13页共36页简单金融成就梦想行业深度151钙钛矿晶硅叠层电池由于晶硅具有窄带隙的特点其吸收短波长光子时会产生较大的能量损失限制了其最高转换效率通过将其与对应的宽带隙吸光材料16-17eV结合构建叠层电池可有效实现效率提升目前钙钛矿晶硅叠层电池的实验室内最高效率已达到313并有望在未来继续提升至35以上目前晶硅光伏有三大主流技术路线PERCTOPConHIT尽管目前PERC仍占有较大的市场份额但按照各厂商新增产线产能来看未来3-5年内TOPCon和HIT将迅速投产放量有望在2030年前实现三足鼎立之势因此当前钙钛矿晶硅叠层技术研发主要为钙钛矿HIT和钙钛矿TOPCon两种路线图11晶硅光伏技术演化资料来源NatureReviewMaterials申万宏源研究请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第14页共36页简单金融成就梦想行业深度图12主要晶硅技术市占率预测资料来源CPIA申万宏源研究表2晶硅光伏三大主流技术对比PERCTOPConHIT理论最高效率245287275器件厚度m170-190150-16090-140制备工艺工序中等工序复杂工序简单生产成本元W06-0807-0910-20设备投资亿元GW12-15225从PERC升级成本为053545资料来源公开资料申万宏源研究钙钛矿太阳能电池的带隙可调转换效率高且制备成本低廉等特点使其适合用于构筑高效率低成本的串联叠层太阳能电池构筑串联叠层器件是提升电池效率的重要途径其中宽带隙顶电池吸收短波长的太阳光窄带隙底电池吸收未被宽带隙顶电池利用的长波长太阳光通过使用不同带隙的半导体材料可以减小单结电池中载流子热驰豫导致的能量损失同时还可拓宽太阳能光谱的利用范围从而提高电池效率请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第15页共36页简单金融成就梦想行业深度图13钙钛矿硅叠层电池结构资料来源仁烁光能申万宏源研究TOPCon技术与当前主流的PERC技术一脉相承依托现有设备和产线升级可以大幅提高晶硅电池的效率与钙钛矿相结合构建钙钛矿TOPCon叠层电池可以最大程度上利用现有PERC设备和产线相比而言HIT电池具有工序简单的特点可以缩短出货周期长期来看成本优势明显但其与PERC及TOPCon具有较大差异无法利用现有PERC设备产线近年来钙钛矿晶硅叠层电池效率屡创新高主要采用钙钛矿HIT组合图14钙钛矿晶硅叠层电池效率进展资料来源钙钛矿及其叠层太阳能电池现状及发展趋势张晓丹申万宏源研究请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第16页共36页简单金融成就梦想行业深度152全钙钛矿叠层电池钙钛矿组分可调的特点使得其不仅可以用作宽带隙吸光层也可以调整得到窄带隙吸光层两者结合即可得到全钙钛矿叠层电池相比于钙钛矿晶硅叠层仍然对晶硅产有很高的依赖性全钙钛矿叠层完全无需依赖于现有晶硅产业链因此可以充分释放钙钛矿自身优势如吸光能力强器件轻薄可柔性成本低可低温加工等将钙钛矿单结电池的制备工艺略加调整即可升级制备全钙钛矿叠层电池图15全钙钛矿叠层电池资料来源NatureEnergy申万宏源研究表3钙钛矿晶硅叠层电池与全钙钛矿叠层电池对比钙钛矿晶硅HIT叠层全钙钛矿叠层理论最高效率4040当前最高效率313280初始产能投资亿元GW8-103-5生产成本元W12-302-09最高工艺温度1500200产业链晶硅钙钛矿钙钛矿器件厚度m1021柔性器件X资料来源纤纳光电申万宏源研究据仁烁光能介绍全钙钛矿叠层电池的理论转换效率可达43产业化量产效率有望做到35以上在度电成本方面全钙钛矿度电成本约为422美分较晶硅钙钛矿叠层电池的度电成本略低请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第17页共36页简单金融成就梦想行业深度图16晶硅钙钛矿叠层度电成本图17全钙钛矿叠层度电成本资料来源仁烁光能申万宏源研究资料来源仁烁光能申万宏源研究2钙钛矿电池制备方法钙钛矿光伏电池的制备流程如下图18钙钛矿电池制备流程资料来源牛津光伏申万宏源研究1材料制备钙钛矿材料制备主要包括致密层TiO2胶体介孔层TiO2胶体钙钛矿前驱体溶液Spiro溶液材料的制备2处理导电基地ITO导电玻璃一般用Zn粉和盐酸溶液刻蚀后放入洗洁精水溶液中超声清洗搓洗干净后再依次用去离子水无水乙醇丙酮异丙醇分别超声清洗最后将ITO导电玻璃用氮气吹干并用氧气等离子清洗3制作电子传输层电子传输层由致密层TiO2和介孔层TiO2两层材料组成采用依次旋涂成膜的方式制备4制作钙钛矿吸光层吸光层的制作是钙钛矿太阳能电池组装的关键步骤其成膜质量受环境温度环境湿度环境含氧量退火温度退火时间操作手法等多个因素影响并在很大程度上影响了最终器件的性能钙钛矿吸光层MAPbI3的制作方法主要包括溶液法或者旋涂法共蒸发法和气相辅助溶液法请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第18页共36页简单金融成就梦想行业深度溶液法主要包括旋涂熏蒸退火3个关键步骤其流程如图所示该方法简单经济一般将PbX2和CH3NH3X按一定化学计量比溶解在溶剂中组成前驱体溶液然后将其直接旋涂在TiO2上随后在100N2手套箱中干燥干燥期间PbX2和CH3NH3X反应生成CH3NH3PbX3同时颜色不断加深-丁内酯和NN-二甲基甲酰胺DMF是常用的前驱体溶剂该方法简单易用但其制备的薄膜形貌变化大对性能的可控性差需要注意的是溶液法的旋涂工艺往往会导致表面覆盖不全出现针孔这会使电池中的空穴传输层与电子传输层直接接触产生分流从而降低电池填充因子和开路电压图19溶液法钙钛矿吸光层的制作方式资料来源知网申万宏源研究表4液相法制备工艺优点缺点初始投资小只适用于小面积旋涂法Spincoating薄膜均匀材料浪费严重节省材料刮涂法Bladecoating刀片与样品基底接触兼容卷对卷工艺节省材料狭缝涂布Slotdiecoating刀片与样品基底接触兼容卷对卷工艺允许图案设计喷墨法Inkjetcoating部分材料浪费喷头分辨率可调允许图案设计材料浪费严重喷雾法Spraycoating可制备大面积薄膜需要额外掩模版资料来源NREL申万宏源研究请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第19页共36页简单金融成就梦想行业深度图20几种主要液相制备钙钛矿图示与市场占比资料来源MaterialsSolarRRL申万宏源研究共蒸发法真空蒸镀法现已广泛运用于晶硅和薄膜太阳能电池的制备中共蒸发3co-evaporation的方法可以生长出高质量的333吸收层在10Pa的本底真空下向表面沉积了TiO2的FTOfluorine-dopedtinoxide导电玻璃上共蒸镀PbCL2和33两反应生成333随后在1002手套箱中退火使材料晶化完全采用共蒸发法制备的钙钛矿材料杂质缺陷少结构致密表面具有完美的均一性然而该方法需要高真空这不仅对设备的要求较高且对能量的消耗十分巨大图21蒸镀法制备钙钛矿电池资料来源NatureJMaterChemA申万宏源研究请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第20页共36页简单金融成就梦想