钙钛矿太阳能电池一种新型化合物薄膜太阳能电池。钙钛矿是分子通式为ABX3的化合物，钙钛矿电池是指利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的电池，可分为单结钙钛矿电池、叠层钙钛矿电池。根据钙钛矿与晶硅或钙钛矿，可分为钙钛矿/晶硅叠层电池、钙钛矿/钙钛矿叠层电池。钙钛矿电池具备转换效率高、低成本、产业链短等优势，在BIPV、分布式电源、地面电站等领域具有广泛应用。
　　钙钛矿单节、叠层均有很高理论转换效率，属于光伏电池“明日之星”。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29.4%，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%，转换效率远高于晶硅电池，催生钙钛矿太阳能电池发展。
　　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。单结钙钛矿电池成本优势明显，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；原材料用量少，占比仅5%；生产垂直一体，用时相较于晶硅电池更短，100MW单结钙钛矿生产线从原料进入到组件成型仅需45分钟；纯度要求低、单瓦能耗只有晶硅的1/10；综合成本是晶硅电池的1/2；实际发电效率高于晶硅。叠层技术可以提高光电转换效率，将钙钛矿与晶硅叠层，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%及单结电池的实验室效率记录25.7%。
　　钙钛矿太阳能电池生产流程短，9步完成完整钙钛矿组件，生产效率高。生产钙钛矿的具体流程为：输入FTO玻璃并用PVD设备镀阳极缓冲层→激光P1划线→钙钛矿涂布结晶→PVD第二道设备镀阴极缓冲层→激光P2划线→PVD再镀背电极→激光P3划线→进行激光P4刻画→封装，钙钛矿只需从原料进入到组件成型2个环节。晶硅组件须经历硅料→硅片→电池片→组件4大环节，钙钛矿环节少，生产效率高。
　　组件+设备+材料三端齐发力，钙钛矿产业化速度加快。①组件端中试线逐步建设，部分组件实现出货。2021年以来，以纤纳光电、协鑫光电、极电光能为首的多家钙钛矿电池企业逐步走向商业化。其中协鑫光电于2021年9月建成全球首条100MW钙钛矿量产线；预计2024年建成GW级别产线。②设备端进入验收出货阶段，部分厂商已实现量产交付。以捷佳伟创、京山轻机、众能光电、德沪涂膜、杰普特为首国产钙钛矿设备厂商竞争实力雄厚。捷佳伟创RPD设备具有多项自主知识产权和极高技术壁垒，2022年7月公司首台套量产型钙钛矿电池核心装备出货。京山轻机已具备钙钛矿PVD镀膜设备成熟供货能力。杰普特的钙钛矿激光设备已推出二代产品方案。③材料端，靶材、富勒烯衍生物已进入审核验证阶段，TCO发展快已实现供货。靶材与导电玻璃占比钙钛矿电池成本最高，分别为34%、31%。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，并开始供货。隆华科技钙钛矿电池用靶材当前已进入下游客户供货测试阶段。万润股份富勒烯应用技术处于审核阶段。
　　风险提示：钙钛矿电池技术推进速度不及预期；光伏行业装机不及预期；技术迭代风险；行业竞争加剧风险。

研究报告全文：证券研究报告行业深度2023年02月15日电力设备钙钛矿光伏电池的明日之星钙钛矿太阳能电池一种新型化合物薄膜太阳能电池钙钛矿是分子通式为增持维持的化合物钙钛矿电池是指利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体ABX3作为吸光材料的电池可分为单结钙钛矿电池叠层钙钛矿电池根据钙钛矿与晶硅或钙钛矿可分为钙钛矿晶硅叠层电池钙钛矿钙钛矿叠层行业走势电池钙钛矿电池具备转换效率高低成本产业链短等优势在BIPV分布式电源地面电站等领域具有广泛应用电力设备沪深300钙钛矿单节叠层均有很高理论转换效率属于光伏电池明日之星32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16这条路径而晶硅电池的转换效率逼近材料理论极限效率294单结钙0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转换效率远高于晶硅电池催生钙钛矿太阳能电池发展-16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-322022-022022-062022-102023-02势足单结钙钛矿电池成本优势明显实现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12左右原材料用量少占比仅5生产垂直一体用时相较于晶硅电池更短100MW单结钙钛矿生产线从原料进入到组件成型仅需45分钟纯度要求低单瓦作者能耗只有晶硅的110综合成本是晶硅电池的12实际发电效率高于晶分析师杨润思硅叠层技术可以提高光电转换效率将钙钛矿与晶硅叠层两端叠电池执业证书编号S0680520030005实验室效率超过31而两端叠电池的理论效率可达45远高于单结邮箱yangrunsigszqcom电池的S-Q极限效率33及单结电池的实验室效率记录257相关研究钙钛矿太阳能电池生产流程短9步完成完整钙钛矿组件生产效率高生产钙钛矿的具体流程为输入FTO玻璃并用PVD设备镀阳极缓冲层1电力设备漂浮式风电发展启航半固态固态电池激光P1划线钙钛矿涂布结晶PVD第二道设备镀阴极缓冲层激光P2导入加速2023-02-13划线PVD再镀背电极激光P3划线进行激光P4刻画封装钙钛2电力设备硅料价格大幅反弹公共领域全面电动矿只需从原料进入到组件成型2个环节晶硅组件须经历硅料硅片电池片组件4大环节钙钛矿环节少生产效率高化试点政策推出2023-02-05组件设备材料三端齐发力钙钛矿产业化速度加快组件端中试线3电力设备光伏产业链价格企稳新能车供需双侧逐步建设部分组件实现出货2021年以来以纤纳光电协鑫光电发力2023-01-29极电光能为首的多家钙钛矿电池企业逐步走向商业化其中协鑫光电于2021年9月建成全球首条100MW钙钛矿量产线预计2024年建成GW级别产线设备端进入验收出货阶段部分厂商已实现量产交付以捷佳伟创京山轻机众能光电德沪涂膜杰普特为首国产钙钛矿设备厂商竞争实力雄厚捷佳伟创RPD设备具有多项自主知识产权和极高技术壁垒2022年7月公司首台套量产型钙钛矿电池核心装备出货京山轻机已具备钙钛矿PVD镀膜设备成熟供货能力杰普特的钙钛矿激光设备已推出二代产品方案材料端靶材富勒烯衍生物已进入审核验证阶段TCO发展快已实现供货靶材与导电玻璃占比钙钛矿电池成本最高分别为3431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开始供货隆华科技钙钛矿电池用靶材当前已进入下游客户供货测试阶段万润股份富勒烯应用技术处于审核阶段风险提示钙钛矿电池技术推进速度不及预期光伏行业装机不及预期技术迭代风险行业竞争加剧风险请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日重点标的股票股票投资EPS元PE代码名称评级2021A2022E2023E2024E2021A2022E2023E2024E300724SZ捷佳伟创增持2062823774355994437932752839000821SZ京山轻机02604606908910738549436312813600586SH金晶科技0920390660881285298817921340隆华科技300263SZ0320490340512919192327451845资料来源Wind国盛证券研究所注股票数据为2月14日wind一致预期P2请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日内容目录一钙钛矿电池高效率低成本是光伏领域新希望511钙钛矿电池是第三代电池单结和叠层技术并行发展512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10121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10122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1113下游应用场景丰富关注BIPV分布式电站和地面电站三方向15二9步完成组件制备量产关键看大面积制膜及稳定性提高1621钙钛矿技术工艺流程简单9步完成组件制备1622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19三组件设备材料三端齐发力钙钛矿产业化速度加快2031国家政策加持促进钙钛矿太阳能电池发展2032产业化进程加速组件设备材料三端齐发力20321组件端中试线逐步建设组件实现出货20322设备端进入验收出货阶段实现量产交付22323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23风险提示24图表目录图表1光伏电池技术的发展路径5图表2钙钛矿的晶体结构6图表3钙钛矿太阳能电池类型6图表4钙钛矿太阳能电池工作原理图7图表5钙钛矿电池结构图8图表6全钙钛矿叠层电池结构示意图8图表7钙钛矿-晶硅两端叠三端叠和四端叠结叠层电池的结构图9图表8钙钛矿晶硅叠层电池按照不同硅底电池的选择分类PERCTOPercTOPCon与SHJ10图表9不同太阳能电池理论转换效率和量产转换效率11图表10NREL最佳实验室电池转换效率图11图表11单GW钙钛矿组件和晶硅组件的生产成本12图表12100MW钙钛矿组件成本结构占比12图表132021年单GW各类光伏电池产线总投资额含原材料对比亿元12图表14不同硅底电池片与叠层组件成本预测单位ctW13图表15钙钛矿电池和晶硅电池对比13图表16四种太阳能电池LCOE单位美分KWh14图表17不同叠层电池在太阳能地面电站与工商业分布式电站应用上的度电成本LCOE分析14图表18moduleABCD分别为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各类电池的材料成本美元平方米和其LCOE关系美分千瓦时15图表19moduleABCD分别为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各类电池的设备成本美元平方米和其LCOE关系美分千瓦时15图表20钙钛矿电池光伏领域下游应用场景15P3请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日图表21钙钛矿太阳能电池应用场景16图表22钙钛矿光伏建筑集成BIPV项目16图表23钙钛矿电池和晶硅电池的生产设备对比16图表24100MW钙钛矿产线设备及生产流程17图表25大面积钙钛矿薄膜制备技术对比17图表26溶液涂布法18图表27喷涂法和喷墨打印法18图表28软膜覆盖法19图表29气相沉积法19图表30现阶段发展钙钛矿电池政策汇总20图表31钙钛矿企业产业化进展情况21图表32钙钛矿叠层组件企业产业化进展情况22图表33钙钛矿设备厂商产业化进展情况23图表34钙钛矿材料厂商产业化进展情况24P4请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日一钙钛矿电池高效率低成本是光伏领域新希望11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PERCTOPcon异质结HJT全背接IBC背接触异质结HBCTBC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图表1光伏电池技术的发展路径资料来源中国知网全球光伏新型TCO材料在光伏行业的应用前景国盛证券研究所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A1价在一个立方体的中心一般为甲胺CH3NH3甲脒NH2CHNH2立方体的角落被原子B2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P5请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日图表2钙钛矿的晶体结构资料来源中国知网国盛证券研究所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ETLi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n-i-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图表3钙钛矿太阳能电池类型资料来源中国知网国盛证券研究所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P6请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日图表4钙钛矿太阳能电池工作原理图资料来源中国知网国盛证券研究所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ITOPEN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影响钙钛矿材料的晶体结构有效提取和输运光生电子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TiO2ZnOSnO2等有机化合物一般为富勒烯衍生物PCBMC60C60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NiOCuOxCuI和CuSCNspiro-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P7请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日图表5钙钛矿电池结构图资料来源钙钛矿太阳能电池中电子传输层现状研究幸书林国盛证券研究所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12-25eV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3244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图表6全钙钛矿叠层电池结构示意图资料来源半导体学报国盛证券研究所钙钛矿和晶硅叠层实现112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257两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P8请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日2015年由MIT大学Mailoa课题组首次成功制备实现137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低成本的叠层电池图表7钙钛矿-晶硅两端叠三端叠和四端叠结叠层电池的结构图资料来源中国知网国盛证券研究所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290其底电池成本约为048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300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047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301但是由于背部的银色栅线底电池成本较高约为054欧元每片钙钛矿-异质结电池转换效率最高为307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061欧元片P9请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日图表8钙钛矿晶硅叠层电池按照不同硅底电池的选择分类PERCTOPercTOPCon与SHJ资料来源德国弗劳恩霍夫太阳能研究所黑晶光电国盛证券研究所12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121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14eV为最优带隙材料带隙越接近14eV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12-25eV所以钙钛矿弱光性能优势优异对比晶硅材料晶硅带隙约11eV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294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2940245027502870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294现实条件下晶硅电池可实现的工程极限效率是271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241HJT电池效率26TOPcon电池效率256IBC电池效率262均逐步逼近材料理论极限P10请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日图表9不同太阳能电池理论转换效率和量产转换效率理论转换效率量产转换效率50454031294028703027502450246024202330243020100晶硅太阳能电池PERC单晶硅电池HJT电池TOPCon电池单结钙钛矿电池多结钙钛矿电池资料来源全球光伏索比光伏网国盛证券研究所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257钙钛矿-硅串联电池的实验室最佳转换效率为325远高于晶硅电池的实验室最高效率2762009年第一个钙钛矿电池被生产出来时其转换效率仅有38短短13年左右时间单结钙钛矿电池实验室转换效率由38提升至257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图表10NREL最佳实验室电池转换效率图资料来源NREL国盛证券研究所122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96亿元的投资规模其中晶硅电池生产中硅料厂的投资成本约345亿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15亿元和065亿元而钙钛矿实现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12左右对比第二代GaAs薄膜太阳能电池成本约为其110P11请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日图表11单GW钙钛矿组件和晶硅组件的生产成本资料来源协鑫光电赶碳号科技微信公众号国盛证券研究所单结钙钛矿电池5-10GW级别量产后产能成本仅为晶硅电池12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23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152kWh而钙钛矿组件能耗为012kWh单瓦能耗只有晶硅的110图表132021年单GW各类光伏电池产线总投资额含原材料对比亿图表12100MW钙钛矿组件成本结构占比元电极材料605031能源动力503440固定资产折旧3025钙钛矿2012人工成本961033105313玻璃及其他封装16材料0PERCTOPconHJTCIGS碲化镉单结钙钛矿资料来源协鑫光电赶碳号科技国盛证券研究所资料来源巨化控股国盛证券研究所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PERCTOPercTOPCon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P12请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日进行成本测算由于减少步骤PERCTOPercTOPCon底电池制造成本均低于目前主流的PERC电池片图表14不同硅底电池片与叠层组件成本预测单位ctWWaferSilliconBottomCellPerovskiteTopCellModuleProduction2521320320821020219719520220120151050PERCrefReCOSiTReCOSiTReCOSiTReCOSiTPero-PERCPero-TOPCon2nPero-SHJPero-TOPerc资料来源德国弗劳恩霍夫太阳能研究所黑晶光电国盛证券研究所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03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31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图表15钙钛矿电池和晶硅电池对比晶硅电池单结钙钛矿电池单GW投资成本亿元965厚度微米18003产业链时间3天左右45分钟能耗W152kWh012kWh综合成本元W1-1205-06温度系数-03-0001资料来源协鑫光电国盛证券研究所从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211925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550KWh434KWh522KWh422KWh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P13请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日图表16四种太阳能电池LCOE单位美分KWh材料成本基础设施费用折旧维护人工成本经营费用其它6543210PERC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资料来源能源学人国盛证券研究所叠层技术可助力降低LCOE2020年德国弗劳恩霍夫太阳能研究所的研究报告基于PERCTOPCon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图表17不同叠层电池在太阳能地面电站与工商业分布式电站应用上的度电成本LCOE分析资料来源德国弗劳恩霍夫太阳能研究所黑晶光电国盛证券研究所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257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257全钙钛矿叠层电池转换效率已达280钙钛矿-硅串联电池的实验室最佳转换效率为325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02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-03左右这意味着温度每上升1度功率会下降03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1617钙钛矿的温度系数为-0001非常接近于0因此它的实际发电效率就会显著高于晶硅P14请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日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图表18moduleABCD分别为PERC多晶硅电池单结钙钛矿电池图表19moduleABCD分别为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各类电池的材料成本钙钛矿晶硅叠层电池钙钛矿钙钛矿叠层电池各类电池的设备成本美元平方米和其LCOE关系美分千瓦时美元平方米和其LCOE关系美分千瓦时资料来源能源学人国盛证券研究所资料来源能源学人国盛证券研究所13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图表20钙钛矿电池光伏领域下游应用场景资料来源巨化控股国盛证券研究所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P15请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日顶和光伏幕墙是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图表21钙钛矿太阳能电池应用场景图表22钙钛矿光伏建筑集成BIPV项目资料来源华中科技大学官网国盛证券研究所资料来源协鑫光电赶碳号科技国盛证券研究所二9步完成组件制备量产关键看大面积制膜及稳定性提高21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P1P2P3P4图表23钙钛矿电池和晶硅电池的生产设备对比晶硅电池钙钛矿电池输入化工原料玻璃靶材封装胶膜生产流程硅料硅片电池组件4环节接线盒输出组件2环节单晶炉单晶截断机单晶开方机磨核心生产PVD设备涂布设备激光设备封装倒一体机金刚线切片机镀膜金属化设备设备设备串焊封装设备共同点组件封装设备差别不大资料来源协鑫光电全球光伏国盛证券研究所P16请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日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最终是封装图表24100MW钙钛矿产线设备及生产流程资料来源协鑫光电赶碳号科技国盛证券研究所钙钛矿电池制备中电子传输层-钙钛矿活性层-空穴传输层三大层制备为核心环节其中钙钛矿活性层为重中之重钙钛矿太阳能电池是由多个功能薄膜叠加而成所以制备钙钛矿太阳能电池的基本方法是在基底上一层层累置薄膜制备电子传输层电子传输层可选择氧化锌ZnO氧化钛TiO2Al掺杂的ZnOGa掺杂的ZnO氧化锡SnO2等薄膜其制备方法可采用磁控溅射法旋涂法然后进行激光退火处理对应于PVD设备和激光设备制备空穴传输层通常使用溶液旋涂法旋涂程序完成后进行退火处理得到空穴传输层对应于PVD设备和激光设备制备钙钛矿层目前制备大面积钙钛矿层薄膜技术主要有四种方式基于溶液涂布法制备大面积钙钛矿薄膜可分为刮刀涂布法狭缝涂布法和丝网印刷法由喷头内的压力带动钙钛矿前驱体溶液喷出在基底上形成一层薄膜可分为喷涂法和喷墨打印法软膜覆盖法基于固态材料的气相沉积技术涉及蒸镀设备图表25大面积钙钛矿薄膜制备技术对比制备方法优点缺点溶液利用率低敞开环境下溶液均一刮刀涂布法易于大面积制备无需复杂设备溶液涂布性差法狭缝涂布法易于大面积制备成产效率较高对设备精确度要求较高丝网印刷法易于大面积制备涂覆过程简单溶液利用率低对丝网精度要求较高喷涂法和喷涂法易于大面积制备喷涂过程简单溶液利用率低可重复性较差喷墨打印喷墨打印法材料利用率高实现定制化生产材料利用率高实现定制化生产法软膜覆盖软膜覆盖法可大面积制备无需溶液材料利用率低生产效率低法气相沉积气相沉积法薄膜质量较高可精准调控生产效率低成本高法资料来源材料导报国盛证券研究所P17请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日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图表26溶液涂布法资料来源材料导报国盛证券研究所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图表27喷涂法和喷墨打印法资料来源材料导报国盛证券研究所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P18请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日图表28软膜覆盖法资料来源材料导报国盛证券研究所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图表29气相沉积法资料来源材料导报国盛证券研究所22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1m的单结电池难度较大主要原因在制作出尺寸较大连续均匀的钙钛矿涂层较困难TCO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124116cm组件效率仅为1531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2中常用的金属氧化物电子传输层SnO2TiO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采用复合型钙钛矿材料提高材料稳定性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权威认证纤纳光电组件已顺利通过IEC61215IEC61730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P19请仔细阅读本报告末页声明2023年02月15日三组件设备材料三端齐发力钙钛矿产业化速度加快31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20222030年等持续推进钙钛矿技术进步提升其规模化量产能力图表30现阶段发展钙钛矿电池政策汇总时间政策颁布单位主要内容加快智能光伏创新突破发展高纯硅料大尺寸硅片技术支关于推动能源电子产工业和信息化持高效低成本晶硅电池生产推动N型高效电池柔性薄膜电2023-01-03业发展的指导意见部等六部门池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推动TOPconHJTIBC等晶体硅太阳能电池技术和钙钛矿加快电力装备绿色低工业和信息化2022-08-24叠层电池组件技术产业化开展新型高效低成本光伏电池技术碳创新发展行动计划部等五部门研究和应用开展智能光伏试点示范和行业应用科技支撑碳达峰碳中研发高效硅基光伏电池高效稳定钙钛矿电池等技术研发碳科技部等九部2022-06-24和实施方案20222030纤维风机叶片超大型海上风电机组整机设计制造与安装试验门年技术抗台风型海上漂浮式风电机组漂浮式光伏系统开发高效钙钛矿电池制备与产业化生产技术建设晶体硅钙十四五能源领域科国家能源局2021-11-29钛矿钙钛矿钙钛矿等高效叠层电池制备及产业化生产线开技创新规划科学技术部展钙钛矿光伏电池应用示范国家发展改革掌握钙钛矿等新一代高效低成本光伏电池制备及产业化生产十四五可再生能源2021-10-21委国家能源技术开展新型高效晶硅电池钙钛矿电池等先进高效电池技发展规划局等九部门术应用示范持续推进光伏发电技术进步产业升级资料来源政府官网国盛证券研究所32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321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日首批组件正式出货此次发货数量为P20请仔细阅读本报告末页声明