钙钛矿：ABX3结构的化合物
　　钙钛矿最初是指钛酸钙（CaTiO3）这种矿物，后来将这种结构组成为ABX3的化合物一律称为钙钛矿结构化合物
　　A位离子通常是有机大分子或具有大离子半径的元素，如甲胺离子（MA+）、甲脒（FA+）或铯离子（Cs+）。
　　B位离子主要为IVA族金属元素离子，通常为二价铅离子（Pb2+）、锡离子（Sn2+）。
　　X位通离子常为卤素离子，主要为碘离子（I-）、氯离子（Cl-）、溴离子（Br-）等。
　　风险提示
　　产进度不急预期：钙钛矿电池存在稳定性问题，受设备、技术水平影响等，量产进度不及预期。
　　技术路径不确定性：光伏电池技术路线多样，钙钛矿发展时间较短，量产效率及稳定性仍待市场检验。
　　行业竞争风险：技术扩散导致竞争加剧。

研究报告全文：证券研究报告行业深度报告机械设备2023年2月13日产业化步伐加快设备市场空间广阔钙钛矿电池设备行业深度报告证券分析师研究助理姓名俞能飞姓名卢大炜资格编号S0120522120003邮箱ludwteboncomcn邮箱yunfteboncomcn0目录CONTENTS01钙钛矿优势明显的第三代光伏技术02钙钛矿电池的商业化痛点与工艺路线03产业化探索步伐逐渐加快设备先行市场空间广阔04上市公司梳理05风险提示请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明101钙钛矿优势明显的第三代光伏技术请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明2钙钛矿太阳能电池的结构和工作原理钙钛矿ABX3结构的化合物钙钛矿最初是指钛酸钙CaTiO3这种矿物后来将这种结构组成为ABX3的化合物一律称为钙钛矿结构化合物A位离子通常是有机大分子或具有大离子半径的元素如甲胺离子MA甲脒FA或铯离子CsB位离子主要为IVA族金属元素离子通常为二价铅离子Pb2锡离子Sn2X位通离子常为卤素离子主要为碘离子I-氯离子Cl-溴离子Br-等钙钛矿的晶体结构资料来源孔文池高质量钙钛矿薄膜的合成加工及应用研究德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明3钙钛矿太阳能电池的结构和工作原理工作原理一般由透明导电基底电子传输层ETL空穴传输层HTL钙钛矿层及金属电极组成钙钛矿层吸光产生电子-空穴对分别被传输层材料传输出去再被电极收集形成电流结构介孔结构平面结构规则结构倒置结构介孔结构VS平面结构平面结构更为简单灵活可低温制备有利于大面积生产规则平面VS倒置平面规则结构具有较高的开路电压和短路电流以及更高的光电转化效率倒置结构制备工艺简单可低温成膜无明显迟滞效应光稳定性良好适合制备叠层器件钛矿太阳能电池的典型器件结构钙钛矿太阳能电池的工作原理资料来源杨志春大面积钙钛矿薄膜涂布技术与钙钛矿太阳能模组研究孔文池高质量钙钛矿薄膜的合成加工及应用研究德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明4钙钛矿太阳能电池的优势高效率低成本实际发电量高用途广泛高光吸收系数材料成本低来源丰弱光性能好发电时轻量化富间长浅缺陷能级可制备柔性组件可低温制备低能耗载流子扩散长度长工艺简单带隙连续可调资料来源孔文池高质量钙钛矿薄膜的合成加工及应用研究潘莹等太阳能钙钛矿电池技术发展和经济性分析索比光伏网公众号德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明5钙钛矿太阳能电池的优势高效率钙钛矿材料在光电性质上有很大优势优势原因在太阳能电池领域单晶硅单晶砷化镓作为光吸收层是非常厚的即使砷化镓厚度较薄也大于十几个微米后期发展诞生的碲化镉和铜铟镓硒薄膜太阳能电池等厚度也大于几个微米这增加了制备太阳能电池的成本光吸收系数与材料的厚度成反比与吸光度成正比材料的厚度在很大程度高吸收系数上影响着吸光度在某种程度上材料越厚吸光越多然而对于钙钛矿材料其厚度仅为百纳米时可见光范围内吸收系数就可达到105cm具有较高的光捕获效率可实现对光的全吸收这是钙钛矿材料本征的优异光学特性钙钛矿材料具有双极性载流子输运能力载流子扩散长度由载流子迁移率和载流子寿命共同决定对于几乎没有晶界的钙钛矿单晶材料载流子的扩散长度大于百微米这表明载流子的扩散长度远长的载流子扩散长远大于钙钛矿材料对光子的吸收深度有利于自由载流子的输运可被阴阳电极完全收集进而实度现高效的光电转化效率钙钛矿单晶的载流子寿命可高达到几微秒甚至几十微秒长寿命不仅有利于载流子的传输也是钙钛矿材料质量高缺陷少的一个标志更是制备高性能光电转化器件决定性的参数单晶硅太阳能电池对纯度要求大于999999而钙钛矿太阳能电池对碘化铅的纯度要求只需大于99就可以得到很高的效率这也是由于ABX3结构类型的钙钛矿材料具有独特的缺陷性质通常浅的缺陷能级深能级的缺陷常常导致非辐射复合中心降低载流子寿命而钙钛矿材料中主导的缺陷为浅能级对载流子寿命影响较低进而使其具有较大的扩散长度由于钙钛矿材料对缺陷的独特容忍性使得其成为光电器件良好的材料载体资料来源孔文池高质量钙钛矿薄膜的合成加工及应用研究德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明6钙钛矿太阳能电池的优势4T叠层电池高效率禁带宽度和吸光率可调节突破效率瓶颈钙钛矿太阳能电池禁带宽度可调节叠层电池突破效率瓶颈2T叠层电池504500350040294028703100245027503020100资料来源观研天下孔文池高质量钙钛矿薄膜的合成加工及应用研究杨志春大面积钙钛矿薄膜涂布技术与钙钛矿太阳能模组研究德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明7钙钛矿太阳能电池的优势高效率单结电池理论转换效率可达30以上叠层的理论转换效率可达40以上效率快速提升2009年仅为38目前经认证的单结电池最高效率257钙钛矿硅叠层电池最高效率325钙钛矿电池效率快速提升钙钛矿硅叠层电池异质结单结钙钛矿电池资料来源NREL德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明8钙钛矿太阳能电池的优势低成本材料设备成本低廉晶硅组件的制造成本在1元W以上钙钛矿组件理论上成本可降至0506元W材料用量少钙钛矿吸光能力高于晶硅材料钙钛矿电池中钙钛矿层厚度约04um而晶硅组件中的硅片厚度通常为180um材料要求低晶硅材料纯度必须达到6N以上才能用于制造太阳能电池而钙钛矿只需1N就可以用于制造效率达20以上的太阳能电池钙钛矿组件制备成本低于晶硅组件钙钛矿组件成本结构中电极材料占比最高晶硅1GW产能投资额亿元3玻璃及其他封装材料硅料34516硅片434电极材料电池15钙钛矿组件06513合计96能源动力钙钛矿1GW产能投资额亿元3固定资产折旧目前约13人工成本未来约6-731资料来源OFweek太阳能光伏网中商产业研究院索比光伏网公众号协鑫光电德沪涂膜设备公众号德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明9钙钛矿太阳能电池的优势低成本工艺简单能耗低工艺简单产业链缩短晶硅电池从硅料到组件需要4个以上不同工厂生产加工从硅料到组件的制造时间需要3天以上钙钛矿只需要1个工厂从原料进入到组件成型总共只需不到1小时的时间低温制备能耗低晶硅在拉单晶的过程中需要900以上的高温工艺而钙钛矿各功能层的加工温度不超过180单晶组件单瓦制造能耗大约是152KWh而钙钛矿组件为012KWh晶硅钙钛矿资料来源东方富海官网光伏见闻公众号德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明10钙钛矿太阳能电池的应用应用前景BIPV钙钛矿电池具有轻薄透光性强颜色可车载光伏钙钛矿电池具有轻薄透光性强颜调的特点适用于BIPVBIPV市场空间广阔有色可调柔性化的特点在车载光伏领域应用空望成为钙钛矿首选应用市场间较大目前已有部分车企进入钙钛矿领域室内光伏理论预测表明光学带隙16eV的地面电站钙钛矿与晶硅叠层电池有望率先实现PSCs在荧光灯或白光LED照明下可实现高达50突破的光电转换效率资料来源环球零碳全球光伏杨文樊等室内光伏的应用前景与挑战纤纳光电官网德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明1102钙钛矿电池的商业化痛点与工艺路线请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明12钙钛矿太阳能电池的挑战提升转换效率提升稳定性降低毒性大面积制备溶剂结晶工艺无铅钙钛矿锡锗钙钛矿薄膜制备工艺等夹缝式涂布喷涂添加剂配方刮涂旋涂真空辅助锡-铅混合钙钛矿界面工程缺陷钝化溶液工艺蒸镀喷墨叠层器件低维钙钛矿打印等封装工艺资料来源王爱丽等钙钛矿太阳电池的研究进展与关键挑战德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明13钙钛矿太阳能电池的挑战稳定性器件面积是商业化的主要瓶颈稳定性纤纳组件已通过IEC61215测试为钙钛矿大规模商业化应用铺平了道路大面积制备工艺不完善薄膜均匀性差缺陷增多有效光照面积减小高温会引起钙钛矿材料相的转变IEC61215标准测试流程图不同类型太阳能电池的光电转换效率和器件面积的关系资料来源纤纳光电官网金胜利等钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展及模组产业化趋势美能光伏公众号杨志春等大面积钙钛矿薄膜制备技术的研究进展德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明14钙钛矿太阳能电池的制造工艺与技术路线制造工艺资料来源DongHoeKim等钙钛矿太阳能电池面向兆兆瓦级光伏技术的展望和挑战协鑫光电德沪涂膜设备公众号德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明15钙钛矿太阳能电池的制造工艺与技术路线钙钛矿太阳能电池生产线设备制备第一电荷传输层薄膜清洗透明导电玻璃激光P1划线清洗涂布机机器人上玻璃清洗机PVD激光刻蚀设备清洗机PVD制备第二电荷传输层薄膜制备钙钛矿层薄膜激光P4清边激光P3划线透明背电极沉积激光P2划线涂布机涂布机激光清边设备激光刻蚀设备激光刻蚀设备PVDRPD蒸镀P4P3P2其他其他封装设备封装镀膜设备涂布设备激光设备其他资料来源德邦证券研究所绘制请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明16钙钛矿太阳能电池的制造工艺与技术路线大面积高稳定性的关键钙钛矿薄膜制备工艺方法优点缺点示意方法优点缺点示意可大面积制备真材料利用率低刮刀气相可大面积制备设备要求低维材料利用率低空生产效率较低涂布法沉积法成膜质量好护简单法成本高可大面积制备生产效率较低狭缝对设备精度要求喷墨可大面积制备可连续生产材喷墨头的维护与涂布法高打印法原料利用率高涂料利用率高更换复杂布法工艺重复性好难以满足大面积软覆盖沉材料利用率低其可大面积制备旋涂法易控制膜厚及薄大规模工业化生积法生产效率较低他膜成分产要求比溶液法制备的材料消耗较多可大面积制备材料利用率低气相辅助更加均匀平整成膜质量受加热喷涂法设备成本低易造成腔室污染溶液法也避免了真空下温度蒸发速率制备的条件限制等因素的影响资料来源杨志春等大面积钙钛矿薄膜制备技术的研究进展降戎杰等钙钛矿薄膜制备技术及其在大面积太阳电池中的应用李今朝等气相辅助刮刀涂布法制备钙钛矿薄膜德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明17产业化探索步伐逐渐加快设备先行03市场空间广阔请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明18钙钛矿电池厂商产业化进展产业化探索步伐逐渐加快企业电池类型规模MW产线类型产品尺寸转换效率产线状态协鑫纳米单结钙钛矿10中试线450mm650mm172017年投产协鑫光电单结钙钛矿100量产线1000mm2000mm162021年投产协鑫光电单结钙钛矿1000量产线1000mm2000mm20预计2023-2024年投建纤纳光电单结钙钛矿20中试线2018年投产纤纳光电单结钙钛矿100量产线1245mm635mm2022年初建成极电光能单结钙钛矿150试制线1200mm600mm182022年12月8日正式投产极电光能单结钙钛矿1000量产线6GW项目一期预计2024年投产极电光能单结钙钛矿5000量产线6GW项目二期预计2025年投产万度光能单结碳基钙钛矿200大试线3600cm22021年投建大正微纳柔性钙钛矿10量产线400mm600mm212022年7月投产大正微纳柔性钙钛矿100量产线预计2023年底建成无限光能大尺寸钙钛矿电池10试验线20预计2022年Q3建成无限光能大尺寸钙钛矿电池100量产线预计2024年建成光晶能源单结钙钛矿100中试线300mm300mm20预计2023年投产仁烁光能全钙钛矿叠层10中试线300mm400mm222021年投产仁烁光能全钙钛矿叠层150量产线1200mm600mm202022年投建杭萧钢构合特光电异质结钙钛矿叠层100中试线28预计2023年5月前投产东方日升异质结钙钛矿叠层试验线2022年投建建设周期2年华晟新能源异质结钙钛矿叠层M6大面积叠层2025年目标实现G12异质结钙钛矿晶硅叠层电池效率302020年12月创下2952的世界纪录未来希望将效率提牛津光伏HJT-钙钛矿叠层电池100MW中试线高到30以上2023年年底前效率突破302024年年底开始建设100宝馨科技HJT-钙钛矿叠层MW级产线力争4年内实现GW级量产线建设计划2023年50MW钙钛矿中试线投产2024年600MW刚性钙钛矿电池及柔奥联电子钙钛矿装备和120MW钙钛矿电池组件生产线投产力争5性组件叠层电池等年内形成8GW钙钛矿装备和2GW钙钛矿电池组件产能资料来源研观天下各公司公告华晟新能源公众号全球光伏公众号德邦证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明19