本报告导读：
　　钙钛矿电池较晶硅提效降本效果显著，近年来技术和商业化进展快速，23年预计有GW级产线落地；其产业链与传统晶硅电池有较大差异，有望带来超百亿设备市场。
　　摘要：
　　投资要点：近期钙钛矿技术、资本0]端催化行业产业化。1）近日HZB公布钙钛矿/晶硅叠层效率突破32.5%，远超晶硅电池29.4%。2）目前头部厂家积极扩产，行业进入设备验证期，预计2023年有GW级项目规划落地。技术端建议关注行业内的实验室/量产效率的提升，预计23年大面积组件量产效率提升至16%以上。资本端建议关注GW级设备招标进展，其设备选型或将确定产业化后的工艺及技术路线。首次覆盖光伏设备行业，给予增持评级。
　　推荐标的：1）布局PVD、蒸镀、ALD等核心镀膜设备，进入客户端验证阶段的京山轻机。2）具备RPD设备领先优势，钙钛矿RPD设备、蒸镀设备订单落地的捷佳伟创。3）为客户定制的单结大面积钙钛矿电池激光设备21年已交付的迈为股份。4）激光设备在钙钛矿太阳能电池多生产制程中均有应用且有小批量订单交付的帝尔激光。5）具备OLED蒸镀基础，募资布局钙钛矿蒸镀设备+载流子传输材料的奥来德。
　　钙钛矿电池具备高效率+低成本优势，行业0-1阶段设备持续推进。优势：1）高效率：单结钙钛矿电池极限理论效率达33%，多结钙钛矿电池或叠层电池效率甚至有望突破45%。当前钙钛矿量产效率达15%，量产目标效率在18%以上；2）低成本：产业链大幅简化，成熟后综合成本有望降至0.5-0.6元/W，是晶硅极限成本的50%。设备：1）核心钙钛矿膜层主流的制备方法为湿法涂布，部分团队开发真空镀，主要应用涂布设备/蒸镀设备。2）电子传输层和空穴传输层分别应用RPD、PVD设备。3）修饰层主要应用蒸镀设备，部分金属氧化物修饰层需要应用ALD设备。4）激光设备包括三台划线设备+一台清边设备。
　　产业突破，设备先行，我们测算2026年钙钛矿设备市场空间超120亿。纤纳光电、协鑫光电等已建成百兆瓦级中试线并实现出货,预计2023年将有GW级项目规划落地。目前百兆瓦投资额约为1.2亿，预计2026成熟后降至5亿元/GW。根据各厂家规划我们预计2026年钙钛矿产能将达24.4GW，对应122.1亿元的总设备市场空间，51.5亿元新增设备市场空间。目前协鑫产线中PVD设备占70%的设备投资，涂布、激光、自动化连接设备各占比10%。目前BIPV是应用首选，VIPV前景可期，我们测算至2026年合计有69.1GW的新增潜在市场需求。
　　风险提示：钙钛矿产业化不及预期、行业竞争格局加剧
　　

研究报告全文：股票研TableindustryInfo光伏设备究TableMainInfoTableTitle0TableInvest20230215首次覆盖技术与资本推动钙钛矿加速迈向产业化评级增持光伏设备行业首次覆盖报告行徐乔威分析师曾大鹏研究助理Table细分行业评级SubIndustry增持021-386767790755-23976738业xuqiaowei023970gtjascomzengdapenggtjascom首证书编号S0880521020003S0880121120056次本报告导读覆钙钛矿电池较晶硅提效降本效果显著近年来技术和商业化进展快速年预计有23盖级产线落地其产业链与传统晶硅电池有较大差异有望带来超百亿设备市场GW摘要重点覆盖公司列表投资要点近期钙钛矿技术资本端催化行业产业化近日公TableSummary01HZB代码TableCompany公司名称评级布钙钛矿晶硅叠层效率突破325远超晶硅电池2942目前头000821京山轻机增持部厂家积极扩产行业进入设备验证期预计2023年有GW级项目规688378奥来德增持划落地技术端建议关注行业内的实验室量产效率的提升预计23年大面积组件量产效率提升至16以上资本端建议关注GW级设备招标进展其设备选型或将确定产业化后的工艺及技术路线首次覆盖光伏设备行业给予增持评级推荐标的1布局PVD蒸镀ALD等核心镀膜设备进入客户端验证阶段的京山轻机2具备RPD设备领先优势钙钛矿RPD设备证蒸镀设备订单落地的捷佳伟创3为客户定制的单结大面积钙钛矿电券池激光设备21年已交付的迈为股份4激光设备在钙钛矿太阳能电研池多生产制程中均有应用且有小批量订单交付的帝尔激光5具备究OLED蒸镀基础募资布局钙钛矿蒸镀设备载流子传输材料的奥来德报钙钛矿电池具备高效率低成本优势行业0-1阶段设备持续推进优势1高效率单结钙钛矿电池极限理论效率达33多结钙钛矿电告池或叠层电池效率甚至有望突破45当前钙钛矿量产效率达15量产目标效率在18以上2低成本产业链大幅简化成熟后综合成本有望降至05-06元W是晶硅极限成本的50设备1核心钙钛矿膜层主流的制备方法为湿法涂布部分团队开发真空镀主要应用涂布设备蒸镀设备2电子传输层和空穴传输层分别应用RPDPVD设备3修饰层主要应用蒸镀设备部分金属氧化物修饰层需要应用ALD设备4激光设备包括三台划线设备一台清边设备产业突破设备先行我们测算2026年钙钛矿设备市场空间超120亿纤纳光电协鑫光电等已建成百兆瓦级中试线并实现出货预计2023年将有GW级项目规划落地目前百兆瓦投资额约为12亿预计2026成熟后降至5亿元GW根据各厂家规划我们预计2026年钙钛矿产能将达244GW对应1221亿元的总设备市场空间515亿元新增设备市场空间目前协鑫产线中PVD设备占70的设备投资涂布激光自动化连接设备各占比10目前BIPV是应用首选VIPV前景可期我们测算至2026年合计有691GW的新增潜在市场需求风险提示钙钛矿产业化不及预期行业竞争格局加剧请务必阅读正文之后的免责条款部分目录1投资观点32钙钛矿电池高效率低成本商业潜力大521光伏电池历经三代降本增效是核心驱动力522钙钛矿电池具备更高的效率极限723钙钛矿电池的成本低于晶硅电池1024产业化难点大尺寸与高效率冲突寿命较短原料毒性制备工艺不成熟143技术与资本推动钙钛矿产业化进程加速1631技术领先学者走出实验室1632资本加持中试迈向量产184钙钛矿制备涂布湿法和蒸镀干法共存核心设备确定2041激光工艺贯穿整个环节精度提高促使设备升级2042钙钛矿层以涂布湿法为主流新增涂布机需求2243真空镀膜多层通用设备投资占比提升2544对标OLEDs封装薄膜封装或成为主流275潜在应用需求广阔产能供给放量为设备投资带来增量3051需求端BIPV是应用首选VIPV前景可期3052供给端产能供给放量为设备投资带来增量356投资建议及推荐标的397风险提示4371钙钛矿产业化不及预期4372行业竞争格局加剧4373行业测算偏差风险43表1重点公司盈利预测与估值表收盘价EPSPE代码公司评级202302152022E2023E2024E2022E2023E2024E000821京山轻机2618163075090500740985243增持688378奥来德601861783691422223274232增持300724捷佳伟创13095456016543003995154372增持300751迈为股份3731064938103653081112427036增持300776帝尔激光149982559710383715277284037增持数据来源Wind国泰君安证券研究注收盘价和EPS货币单位均为元京山轻机奥来德捷佳伟创迈为股份帝尔激光EPS取国泰君安预测值请务必阅读正文之后的免责条款部分2of431投资观点钙钛矿电池较晶硅电池在降本增效方面更具想象力短期看两者共存伴随头部企业陆续进入量产期长期看有望实现对晶硅电池的替代钙钛矿电池可突破晶硅电池效率极限2943单节双节和三节钙钛矿电池的理论转换率上限分别达到3135和45钙钛矿电池综合成本有望降至05-06元W是晶硅极限成本的50虽然钙钛矿电池商业潜力大且发展迅速但产业化前夜仍面临大尺寸与高效率冲突寿命较短原料毒性和制备工艺不成熟的问题我们认为短期钙钛矿电池通过拥抱晶硅电池在提升效率的同时绕开大面积制备的难题表现形式为晶硅钙钛矿叠层电池对现有晶硅电池体系的补充而随着技术和资本推动头部企业陆续进入量产验证期整体节奏先是提升量产效率后是加速GW产线的建设单节钙钛矿电池经量产验证后长期将会是对晶硅电池的加速替代目前钙钛矿电池工艺路线多样但核心设备确定产能供给的放量以及应用需求的催生将为设备投资带来广阔增量现阶段钙钛矿电池制备中涂布湿法和蒸镀干法共存钙钛矿层主流为涂布湿法真空镀膜在其他各层通用而激光工艺贯穿整个环节钙钛矿电池的制备流程是对传统晶硅电池的颠覆我们认为钙钛矿电池产业化对设备增量的体现在涂布湿法带来的涂布机新增需求真空蒸镀法通用性带来的蒸镀设备投资占比提升以及激光工艺精度提升带来的现有激光设备升级根据我们对供需端的分析需求端BIPV是应用首选VIPV前景可期与晶硅电池相比将形成差异化竞争我们测算至2026年合计有691GW的新增潜在市场需求供给端我们预计2024年有望出现首条GW级别产线至2026年行业合计产能将达到244GW为设备厂商带来广阔增量对应2026年122亿元的总设备市场空间和52亿元新增设备空间图1钙钛矿电池高效率和低成本的商业潜质将为设备投资带来广阔增量请务必阅读正文之后的免责条款部分3of43数据来源各公司公告国泰君安证券研究注以上截至2023年1月不完全统计产能统计仅统计已建成的产线统计中对各公司进展进行了部分假设若有出入请以公司公告为准假设产线建设期1年当年建设第二年建成催化剂2023年各钙钛矿厂商百MW产线陆续投产我们预计本年钙钛矿合计产能将达到12GW并有望出现GW级别产线的设备招标我们认为GW产线设备选型将会进一步确定产业化后的工艺及技术路线是判断设备供应商技术水平及量产供应能力的良机哪些设备供应商将受益于钙钛矿投资机会真空蒸镀法通用性带来的蒸镀设备投资占比提升技术领先并具有先发优势的企业有望从中受益推荐标的布局PVD蒸镀ALD等核心镀膜设备以及玻璃清洗机干燥机封装设备进入客户端验证阶段的京山轻机具备RPD设备领先优势钙钛矿RPD设备蒸镀设备订单落地的捷佳伟创布局钙钛矿电池蒸镀设备以及钙钛矿载流子传输材料和长寿命器件的奥来德激光工艺精度提升带来的现有激光设备升级具备整线制备以及核心部件自制的激光企业有望从中受益推荐标的为客户定制的单结大面积钙钛矿电池激光设备2021年已交付的迈为股份激光设备在钙钛矿太阳能电池多生产制程中均有应用且有小批量订单交付的帝尔激光受益标的杰普特德龙激光和大族激光请务必阅读正文之后的免责条款部分4of432钙钛矿电池高效率低成本商业潜力大在光伏产业链降本增效的驱使下钙钛矿电池作为第三代太阳能电池应运而生本节将从增效和降本两条主线说明钙钛矿电池的商业潜力1增效单节双节和三节钙钛矿电池的理论转换率上限分别达到3135和45突破晶硅电池2943的上限2降本一方面从拆分钙钛矿电池成本发现综合成本有望降至05-06元W是晶硅极限成本的50另一方面钙钛矿电池效率的提升可以提高内部收益率钙钛矿效率达22对应组件成本0545元W时光伏电站的25年资本金内部收益率达1839而效率15的钙钛矿内部收益率仅933效率20的单晶硅内部收益率仅821考虑到现阶段大尺寸与高效率冲突寿命较短原料毒性制备工艺不成熟的产业化难点我们认为短期钙钛矿电池通过拥抱晶硅电池在提升效率的同时绕开大面积制备的难题表现形式为晶硅钙钛矿叠层电池对现有晶硅电池体系的补充图2钙钛矿电池高效率低成本商业潜力大数据来源中国知网国泰君安证券研究21光伏电池历经三代降本增效是核心驱动力降本增效是光伏产业链发展的核心驱动力进入2023年TOPCon和HJT电池产能规划加速扩产银包铜和电镀铜等技术助力HJT电池去银降本我们看到技术的进步不断刷新实验室效率也看到效率提升速度的放缓以及晶硅电池作为第一代光伏电池距离效率的极限越来越近但我们还看到钙钛矿电池作为第三代光伏电池发展速度十分迅猛钙钛矿电池从2009年实验室38效率提升至2022年的257用时仅请务必阅读正文之后的免责条款部分5of4313年对比晶硅电池从139发展至267用时约30年随后时隔5年隆基才将效率提升至26812022年11月钙钛矿电池发展速度之快被Science评选为2013年十大科学突破之一这背后是更高的效率上限更低的潜在制造成本和更具想象力的应用空间图3钙钛矿电池较晶硅电池效率上限更高图4钙钛矿电池较晶硅电池发展速度更快数据来源观研报告网国泰君安证券研究数据来源能镜微信公众号国泰君安证券研究从三代电池的发展看光伏行业降本增效的推进第一代晶硅电池太阳能电池的先驱现已十分成熟占据95以上的市场晶硅太阳能电池主要分为单晶硅多晶硅和非晶硅电池目前晶硅太阳能电池的实验室效率已经超过了26并经过多年的发展最早实现商业化如今晶硅电池在市场上拥有绝对份额与地位根据PVinfolink2021年晶硅电池占比超过95该占比预计仍能维持35年虽然晶硅电池技术成熟商业化成功但是硅电池仍然存在很多问题比如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而高纯度的硅材料价格昂贵容易受到产能供给的影响而且晶硅太阳能电池封装工艺繁复封装后的晶硅太阳能电池更加笨重尽管晶硅太阳能电池技术已经如此成熟但是在日常生活中仍然没有大规模应用第二代薄膜电池效率上限更高但稀有元素的存在使投资额昂贵造成产业化受限铜铟镓硒太阳能电池碲化镉薄膜太阳能电池砷化镓太阳能电池磷化铟太阳能电池是第二代太阳能电池的杰出代表与晶硅太阳能电池相比这类电池不仅成本低质量轻而且转换效率高商业化潜力巨大但是由于这类电池的活性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外加这类电池一般采用热蒸发的方式制备设备的成本高上述原因限制了薄膜电池的大面积制备和商业化第三类新型电池优势突出应用空间想象力大但产业化还需时日新型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这类太阳能电池原料无毒且储量丰富成本低工艺简单且可柔性制备但这类太阳能电池目前还在实验室探索过程中尚未商业化目前钙钛矿电池凭借高效率低成本等优势以及广阔的潜在应用空间备受学者和资本的关注未来有望接棒晶硅电池成为市场的主流图5光伏电池历经三代降本增效是核心驱动力请务必阅读正文之后的免责条款部分6of43数据来源索比光伏网观研报告网诺成光伏工业技术研究院化学空间电子工程国泰君安证券研究22钙钛矿电池具备更高的效率极限钙钛矿既无钙也不含钛更不是矿但种类复杂钙钛矿最早是在1839年被俄罗斯科学家发现因存在于钙钛矿石中的钛酸钙CaTiO3化合物而得名但如今广义钙钛矿是指具有ABX3型化学组成的化合物其中A是大半径的阳离子APbNaSnCa2等B是小半径的阳离子BTi4Mn4Fe3Ta5等X为阴离子XF-Cl-Br-O2-等A位一般是有机阳离子如甲铵离子甲脒离子占据了正方体的八个定点B位一般是是二价金属例子处于正方体的体心X是卤素离子占据面心上述三者构成了近似立方体的晶体这种有机-无机杂化的方式结合了有机材料和无机材料各自的性能优势最常用的纯碘的钙钛矿材料MAPbI3带隙约为155eV对应的吸收带边为800nm可以吸收整个可见光谱内的光子且吸收系数高另外有机基团的存在使得材料能有溶于常见的有机溶剂性质可以通过改变有机离子的尺寸而调节故有机-无机钙钛矿这种材料非常适合作为太阳能电池的吸光层图6钙钛矿材料的晶体结构数据来源低成本制备高效率钙钛矿太阳能电池的研究与晶硅PN结发电结构不同的是钙钛矿电池是典型的三明治结构即n-i-p或p-i-n结构区别在于P型材料和N型材料中间多一层本征半导体i层钙钛矿层典型钙钛矿太阳电池共有5层以n-i-p结构为例下往上依次是透明导电玻璃ITOn型电子传输层ETL本征钙钛矿吸收层p型空穴传输层HTL金属电极请务必阅读正文之后的免责条款部分7of43透明导电玻璃接收电子传输至外电路形成阳极要求其方块电阻越小要好通过率要在85以上既要保证有效收集载流子又要保证充分的采光电子传输层接收钙钛矿层传输的电子并传输至导电玻璃层要求其具有较高的电子迁移率且导带最小值低于钙钛矿材料的导带最小值钙钛矿吸收层捕获光子并产生电子和空穴是钙钛矿太阳电池的核心具有高效的光吸收性能吸收系数约为105良好的双极性电荷迁移率以及较低的激子结合能约20meV空穴传输层接受钙钛矿层传输的空穴并传输至金属电极金属电极接受空穴传输至外电路形成阴极由于空穴传输材料的限制目前金属电极所用材料为金和铂相比传统太阳能电池电极材料铝银石墨等要昂贵许多图7典型钙钛矿太阳电池的结构图及发电原理数据来源钙钛矿太阳电池中的缓冲层研究进展国泰君安证券研究基于相同的发电原理钙钛矿电池可以分为介孔结构和平面结构钙钛矿太阳能器件各方面性能很大程度依赖于器件的结构最早的钙钛矿电池2009年就是采用介孔式结构将含碘电解液作为空穴传输层但液态材料的使用存在着很多弊端在介孔结构中器件的迟滞现象比较严重即正向从负电压到正电压和反向从正电压到负电压扫描的电流密度-电压曲线出现不完全重合的现象这不仅影响了测试的准确性也严重降低了钙钛矿太阳能电池的实际性能此外介孔材料还可能存在漏电以及高温烧结造成能耗高的问题不利于产业化和柔性器件的制备平面结构又可以分为正式n-i-p和反式p-i-n其中反式更适用于产业化相比于正式器件反式结构器件具有多种优点例如制备工艺更加简单无明显迟滞效应适合与传统太阳能电池硅基电池CIGS等结合制备叠层器件等另外反式结构可以实现低温制备可应用于卷对卷生产工艺不仅能降低成本还能实现大面积制备生产为钙钛矿电池产业化和大规模生产提供了可能但是反式结构器件也存在一些显著的不足例如开路电压Voc与理论值差距较大通常为110V类似带隙的正式钙钛矿电池开路电压大于120V导致反式结构光电转换效率相对偏低主要系器件的钙钛矿活性层中以及钙钛矿活性层与电荷收集层界面存在大量缺陷造成了光生载流子的非辐射复合致使能量损失严重限制了开路电压和光电转换效率的提高目前在产业化布局方面万度光能采用的是介孔结构路线协鑫光电极电光能和众请务必阅读正文之后的免责条款部分8of43能光电等厂商多采用平面结构路线图8反式平面钙钛矿结构更适用于产业化数据来源X-MOL佰腾网国泰君安证券研究钙钛矿电池较晶硅电池效率上限更高的原因是钙钛矿材料带隙更大且可供调节根据Shockley-Queisser提出的详细平衡理论单结太阳能电池的理论光电转化效率最高大337对应吸光材料禁带宽度在134eV通常认为吸光材料的最优带隙为13-15eV1钙钛矿材料带隙更大目前最常用的钙钛矿材料MAPbI3和FAPbI3的禁带宽度位于15-16eV接近最优带隙其理论最大光电转换效率均处于30以上相比之下硅的带隙为112eV无法突破30的转换效率2钙钛矿材料带隙可调方法一是调节A位阳离子的半径半径越大钙钛矿带隙越小例如对于半径从小到大的CsMA和FA例子来说对应得到的CsPbI3MAPbI3和FAPbI3钙钛矿带隙依次减小方法二是调节B位卤素占比通常采用Sn来替代Pb作为B位随着Sn含量的增加钙钛矿带隙将会减小通常钙钛矿薄膜材料的禁带宽度在148-23eV图9吸光材料带隙大小决定电池转换效率上限数据来源ShockleyQueisserDetailedBalanceEfficiencyLimitforNanowireSolarCells离子掺杂对钙钛矿材料带隙的调控和电池光伏性能的影响国泰君安证券研究钙钛矿晶硅叠层结构可提高钙钛矿转换效率理论上限钙钛矿太阳请务必阅读正文之后的免责条款部分9of43能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以有效地利用钙钛矿材料无法吸收的红外光因此通过钙钛矿电池与晶硅电池这种11叠层的方式组合可以突破传统晶硅电池理论效率极限进一步提升太阳能电池的转换效率比如晶硅钙钛矿双节叠层理论效率达35钙钛矿三节层电池理论效率达45图10钙钛矿晶硅叠层结构可提高钙钛矿转换效率理论上限数据来源钧石能源国泰君安证券研究23钙钛矿电池的成本低于晶硅电池本节我们从两个维度来分析钙钛矿电池是如何实现降本的1成本拆解相比于晶硅钙钛矿电池在能耗生产周期设备投资额和物料用量上均有明显优势从而直接间接影响组件成本中的能源动力人工折旧和钙钛矿综合成本有望降至0506元W是晶硅极限成本的502效率提升在生产成本一定的条件下效率的提升可使终端度电成本降低对应资本金内部收益率的提升当钙钛矿降至生产成本120元m2转化效率达22对应组件成本0545元W时光伏电站的25年资本金内部收益率达1839约是采用单晶硅组件时821的3倍图11从成本拆解看降本是如何实现数据来源能镜微信公众号国泰君安证券研究成本组成1能源动力钙钛矿材料纯度要求低能耗仅需晶硅的十分之一太阳能级的硅料纯度要求达到9999996个9现在更严格的标准甚至提升至99999997个9但对于钙钛矿材料而言仅需951个9即可满足使用需求从而大大降低能耗需求单W单晶组件制造的能耗大约在152kWh而钙钛矿组件能耗仅为012kWh就能耗而言钙钛矿单W能耗不到晶硅能耗的110请务必阅读正文之后的免责条款部分10of43图12钙钛矿材料纯度要求低能耗仅需晶硅的110数据来源能镜微信公众号成本组成2人工产业链大幅缩短生产周期仅需45min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大概也要3天左右时间而以协鑫光电100MW产线为例从玻璃胶膜靶材化工原料进入到组件成型总共只需45分钟产业链的缩短让生产周期大幅下降图13产业链大幅缩短生产周期仅需45min数据来源能镜微信公众号成本组成3折旧钙钛矿的产能投资仅为晶硅的12左右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以1GW产能投资来对比晶硅的硅料硅片电池组件全部加起来需要大约96亿接近10亿元的投资规模而钙钛矿1GW的产能投资在达到一定成熟度后约为5亿元左右是晶硅的12图14钙钛矿的产能投资仅为晶硅的12左右单位亿元数据来源能镜微信公众号国泰君安证券研究成本组成4钙钛矿钙钛矿料耗低钙钛矿材料仅占组件成本的51从钙钛矿用料来看由于钙钛矿电池本身光吸收能力较强对应材料使用量比较低钙钛矿层厚度仅为03m而晶硅电池中硅片厚度在180m两者相差600倍2021年全球硅料供应量约64万吨若将这请务必阅读正文之后的免责条款部分11of4364万吨硅料完全替换成钙钛矿仅需不超过1100吨的钙钛矿材料就可以实现且钙钛矿材料比较常见不容易出现原材料短缺问题2从钙钛矿电池用料占比来看根据协鑫光电钙钛矿材料仅占组件成本的5占比最大是电极材料靶材达到37靶材玻璃及其他封装耗材合计占比达69钙钛矿组件未来仍有较大的降本空间图15钙钛矿电池料耗显著降低数据来源能镜微信公众号成本一定时效率的提升可使终端度电成本降低对应资本金内部收益率的提升根据上官炫烁等钙钛矿光伏组件在集中式光伏电站中的应用前景分析中对光伏电站的经济性测算采用单晶硅光伏组件时光伏电站的单位建设成本约为333元W采用钙钛矿光伏组件时光伏电站的单位建设成本约为312元W对应单晶硅和钙钛矿组件5年的资本金内部收益率为821和933预测假设1以位于贵州省关岭布依族苗族自治县的某集中式光伏电站为例光伏电站所在地的全年总太阳辐照量取42631MJm22假定该光伏电站以系统效率为84上网电价为03515元kWh光伏组件首年功率衰减为25之后每年衰减07作为边界条件3单晶硅组件光电转换效取205钙钛矿组件效率取15表2光伏电站采用单晶硅和钙钛矿光伏组件时的单位建设成本单晶硅钙钛矿单晶硅光伏组件1508光伏支架03041逆变器015015箱变012012电缆025034光伏场区土建及设备安装065089围栏及道路002006环评与水保措施0016700167升压站0101送出线路0096700967前期费用00330033项目建设管理费00330033其他00610066成本合计元W3330431154数据来源钙钛矿光伏组件在集中式光伏电站中的应用前景分析国泰君安证券研究注电缆光伏支架及土地使用等费用与所采用光伏组件的光电转换效请务必阅读正文之后的免责条款部分12of43率呈反比关系根据上文钙钛矿综合成本有望降至0506元W则当钙钛矿降至生产成本120元m2转化效率达22对应组件成本0545元W时光伏电站的25年资本金内部收益率达1839约是采用现阶段单晶硅组件时821的3倍有望在未来逐步完成对晶硅光伏组件的替代降低光伏发电的度电成本表3钙钛矿组件成本0545元W时光伏电站25年IRR达1839生产成本光电转化组件成本建设成本25年资本金内部元m2效率元W元W收益率150800312933180667271132812020060025115792205452341839数据来源钙钛矿光伏组件在集中式光伏电站中的应用前景分析国泰君安证券研究图16晶硅和钙钛矿组件效率一天中随温度的变化数据来源海南顶部半开口式大型薄膜温室环境参数研究能镜微信公众号国泰君安证券研究杂质容忍程度高温度系数低是钙钛矿潜在优势体现在功率衰减程度上1钙钛矿对杂质容忍程度更高使得效率衰减程度小晶硅电池的光衰主要来自硼氧对造成晶硅组件的输出功率在刚开始使用的最初的几天内就会发生125的效率下降在使用25年后约衰减至初始效率的80而钙钛矿在稳定性方面潜力很大可容忍1的杂质在2016年已有实验证实巴掌大的钙钛矿组件连续工作12000个小时后没有任何衰减2钙钛矿温度系数更低使得效率不易波动晶硅组件温度系数约-03而钙钛矿的温度系数为-0001非常接近于0我们取王开济等海南顶部半开口式大型薄膜温室环境参数研究中海南夏季室外的温度数据作为参考假定常温25下晶硅和钙钛矿组件效率分为别20和16在一天中晶硅组件效率的下降达37相比之下钙钛矿组件效率基本没有变化值得一提的是在上文资本金内部收益率测算方面我们并没有考虑钙钛矿和晶硅在组件效率衰减方面的差异若加以考虑钙钛矿在度电成本降低方面将更具潜力请务必阅读正文之后的免责条款部分13of4324产业化难点大尺寸与高效率冲突寿命较短原料毒性制备工艺不成熟钙钛矿电池在迈向产业化前仍有不得不面对并且解决的难题但我们也看到了学术界和工业界都在积极提出解决方案以应对现阶段钙钛矿电池存在的劣势加速产业化的进程难点1高效率的钙钛矿电池还停留在实验室的小尺寸但工业界需要大尺寸高效率目前转换效率较高的钙钛矿电池其尺寸均为实验室级别目前257最高效率的钙钛矿电池面积仅为01cm2随着尺寸的增加效率会快速下降远未达到商业化尺寸目前单结钙钛矿电池最高转化效率在257距离31的理论极限还有很大提升空间而工业界量产的大尺寸钙钛矿电池转化效率在16左右与学术界有10的效率差距根据协鑫2025年22的效率目标我们认为伴随制备工艺的逐步成熟高效率和大尺寸之间的矛盾冲突会进一步改善难点2受外部因素影响稳定性较低造成寿命短钙钛矿作为一种离子晶体材料材料和结构选择不同可能存在不耐高温不耐光照易水解易氧化易发生二次反应等缺陷目前光伏电站晶硅电池一般要求T80寿命效率下降到初始值的80在25年左右而目前钙钛矿电池T80寿命约4000小时虽然离主流技术相差较远但在学术界已有所突破比如根据普林斯顿大学一团队的研究结果表明将无机材料使用在各个功能层从而极大地提高了PSC的寿命并预测在35条件下连续运行的寿命为5年以上图17高效率的钙钛矿电池还停留在实验室的小图18将无机材料使用在各个功能可以极大提高钙尺寸钛矿电池的寿命数据来源中国科学院大连化学物理研究所数据来源Acceleratedagingofall-inorganicinterface-stabilizedperovskitesolarcells难点3钙钛矿材料可能铅泄露污染土壤现阶段工业化生产希望最大性能最好的钙钛矿材料是铅卤钙钛矿其应用的重点并非在于到底是含多少铅更多的需要避免生产过程以及使用过程中的铅泄露目前针对该问题的解决思路分为开发不含铅的钙钛矿电池和用新材料来吸收铅这两大思路以浦项大学POSTECH研究小组德研究成果为例其开发了一种空穴传输聚合物Alkoxy-PTEG可以溶解在薄荷油中该聚合物能捕获老化的钙钛矿太阳能电池中的泄漏铅请务必阅读正文之后的免责条款部分14of43难点4大面积的制备工艺不成熟钙钛矿材料本身的结晶时间短生产中的工艺窗口时间只有几秒造成了生产上的困难虽然目前钙钛矿层以涂布溶液法为主但涂布法也面临难以控制厚度等问题而蒸镀法虽然成膜均一且良率高但也存在蒸发速率低材料利用率低等问题目前各种方案的组合仍在尝试中如南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授课题组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钛矿叠层电池的量产化商业化的全新路径图19采用某聚合物可捕获老化的钙钛矿太阳能图20涂布真空沉积等开辟大面积钙钛矿叠层电电池中的泄漏铅池的量产新路径数据来源全球光伏微信公众号数据来源Scalableprocessingforrealizing217efficientall-perovskitetandemsolarmodules请务必阅读正文之后的免责条款部分15of433技术与资本推动钙钛矿产业化进程加速钙钛矿作为光伏行业的热点题材受到学者资本的广泛关注现阶段产业化初期主要由技术和资本推动1技术领先学者走出实验室国内钙钛矿电池代表研究学者有南京大学谭海仁团队清华大学易陈谊团队华中科技大学韩宏伟团队和武汉理工大学黄福志团队等纷纷陆续创业对应仁烁光能无限光能万度光能和光晶能源等2资本加持中试迈向量产目前明确布局钙钛矿电池的厂家已有十余家其中协鑫光电纤纳光电和极电光能领跑众能光电和仁烁光能等各厂商追逐行业整体节奏有望从2023年中试线的陆续达产迈向2024年GW级别产线的建设我们认为行业整体节奏先是提升量产效率后是加速GW产线的建设单节钙钛矿电池经量产验证后长期将会是对晶硅电池的加速替代因此钙钛矿电池商业逻辑还需要两方面确认一方面是关注2023年各家厂商大面积钙钛矿电池的效率情况另一方面是关注2024年GW级产线实际的产能情况对应做出的成本图21技术推动资本加持各钙钛矿厂商加速布局预计2024年将出现多条GW级别产线的建设数据来源各公司公告PV-Tech北极星光伏网企查查国泰君安证券研究注以上截至2023年1月不完全统计31技术领先学者走出实验室论文专利先行国内钙钛矿研究保持高热度1国内论文占据全球半请务必阅读正文之后的免责条款部分16of43壁江山根据我们在WebofScience上用perovskitesolarcells主题的检索统计发现自2019年起全球每年超过4000篇论文成果问世国内学者论文占比超过50关注度可追溯到钙钛矿技术诞生之初2国内专利申请热情远高于其他国家主要得益于政策引导财政补贴近年来一方面与太阳能技术有关的研发部署项目863计划973计划国家自然科学基金和重点研发计划很大程度上引导和激发了科研机构的研究热情另一方面地方扶持高新企业并对专利申请进行了财政补贴图22中国钙钛矿电池论文发表量占比约半成图23全球钙钛矿电池专利数增长迅猛数据来源WebofScience国泰君安证券研究数据来源WebofScience国泰君安证券研究注统计依据对perovskitesolarcells主题的检索注统计依据对perovskitesolarcells主题的检索实力使然国内学者陆续创业走出实验室目前国内学者创业公司包括但不限于仁烁光能无限光能万度光能光晶能源曜能科技和脉络能源成立时间略有先后但整体进度集中在2023年前后完成中试线建设投产其中进度较快的仁烁光能预计于2023Q4完成1206m尺寸投产万度光能已有10GW的总产能规划1仁烁光能成立于2021年12月由南京大学谭海仁领衔技术团队多次创造钙钛矿叠层转换效率世界纪录全钙位矿叠层电池效率达28领跑全球2022年8月完成了数亿元的Pre-A轮融资并在该月建成了10MW中试线生产3040cm尺寸钙钛矿叠层电池150MW产线于12月动工生产1206m尺寸钙钛矿电池预计2023Q4投产2无限光能成立于2022年2月由清华大学易陈谊领衔承接了清华大学太阳能转化与存储实验室的科研成果2022年6月完成数了千万元的天使轮融资按原定计划于2022Q3完成试验线建设实现大尺寸电池模组批量下线目标效率大于20下一步计划启动10MW级中试线建设并在2024年建成100MW级商业化量产线3万度光能成立于2016年8月由华中科技大学韩宏伟领衔在国际上率先完成下一代光伏可印刷介观钙钛矿太阳能电池中试及户外验证产业化指标在国际上处于领先地位2021年总投资60亿元建设可印刷介观钙钛矿太阳能电池生产基地项目第一期建设一条200MW级可印刷介观钙钛矿太阳能电池大试线落地成功后扩充至10GW产能4光晶能源成立于2022年5月由武汉理工大学黄福志领衔具备独立知识产权的大面积钙钛矿薄膜印刷技术实现了大面积钙钛矿组件请务必阅读正文之后的免责条款部分17of43的制备综合效能领先业界同行2022年8月完成数了3000万元的天使轮融资公司已在20cm20cm的钙钛矿组件上获得超过20的效率并建成了30cm30cm组件10MW小试线目标效率20并计划于2024年实现100MW产线量产的目标5曜能科技成立于2017年3月由清华化工系孙于超创办团队中北大材料系的特聘研究员周欢萍和北理工教授陈棋公司小面积单结钙钛矿光伏电池最高光电转换效率超过25世界纪录为255小面积钙钛矿晶硅叠层光伏电池效率超过27并计划于2023年底实现工业级M6166mm166mm硅片上制备钙钛矿晶硅叠层光伏电池27的效率目标6脉络能源成立于2022年8月由暨南大学新能源技术研究院院长麦耀华领衔由小面积组件02m02m产品入手向大面积组件1m2m产品领域拓展2022年8月完成了天使轮融资正在进行小试线建设计划2023年建设100MW钙钛矿电池中试线并预计未来五年内将实现GW级钙钛矿电池组件量产线的建设表4国内学者陆续创业走出实验室初创企业成立时间领衔学者钙钛矿进展谭海仁2022年建成了10MW中试线仁烁光能2021年12月南京大学计划2023Q4实现150MW产线投产2022Q3完成试验线建设易陈谊无限光能2022年2月下一步计划启动10MW级中试线建设清华大学计划2024年建成100MW级商业化量产线韩宏伟总规划10GW产能第一期200MW级大试线落万度光能2016年8月华中科技大学地成功后继续扩充至10GW产能20cm20cm钙钛矿组件上效率20的效率黄福志光晶能源2022年5月2022年建成了30cm30cm组件10MW小试线武汉理工大学计划2024年实现100MW产线量产小面积单结钙钛矿光伏电池效率25周欢萍北京大学曜能科技2017年3月小面积钙钛矿晶硅叠层光伏电池效率27陈棋北京理工大学计划2023年M6尺寸叠层光伏电池效率27目前正在建设小试线麦耀华脉络能源2022年8月计划2023年建设100MW中试线暨南大学未来5年计划建设5GW量产线数据来源各公司官网企查查国泰君安证券研究注以上统计为不完全统计仅针对创业者核心团队成员为高校学者的企业不含与高校合作的初创企业32资本加持中试迈向量产钙钛矿电池行业投资市场火热一级资本投资如火如荼1从投资方来看钙钛矿初创企业受到腾讯碧桂园及宁德时代等跨界企业和三峡资本高瓴资本等机构密切关注如腾讯于2022年投资协鑫光电碧桂园于2021年参投极电光能2022年参投无限光能2从融资轮次来看纤纳光电和协鑫光电已完成多轮融资分别来到D轮和B轮累计获投资金额达数亿元其余初创企业集中在天使轮和Pre-A轮阶段钙钛矿产业现阶段更多的是在进度上作较量以资本和卡位的推动为主请务必阅读正文之后的免责条款部分18of43表5资本加持钙钛矿产业化加速不完全统计公司融资轮次融资时间投资金额投资方战略融资昆山高新凯辉基金2020年-3次厦门瑞庭投资A轮2021年数亿凯辉基金协鑫光电B轮2022年5月数亿腾讯投资淡马锡投资红杉中国B轮2022年12月5亿IDG资本等天使轮2018年7月-余杭基金A轮2019年1月-三峡资本纤纳光电衢州金控京能集团三峡资本C轮2021年1月36亿招银国际D轮2022年10月-杭开集团招银国际等极电光能Pre-A轮2021年10月22亿碧桂园创投九智资本等战略融资宁波赋戈投资浙江国新股权投众能光电2020-2021年-3次资华夏恒天等仁烁光能Pre-A轮2022年8月数亿三行资本等合特光电战略融资2021年7月3500万杭萧钢构种子轮2022年2月-清华控股无限光能天使轮2022年6月数千万碧桂园创投耀途资本光跃投资光晶能源天使轮2022年8月3000万正轩投资等天使轮2018年3月-启迪之星曜能科技A轮2021年8月数千万-战略融资2022年3月-高瓴资本源码资本黎元新能源战略融资2018年1月-赛迦实业脉络能源天使轮2022年8月-高捷资本数据来源企查查国泰君安证券研究中试迈向量产协鑫纤纳和极电领跑众能和仁烁等各厂商追逐1从组件效率角度量产效率至2022年底单结钙钛矿电池可达16在2023年2024年和2025年有望分别达到1820和22钙钛矿晶硅叠层电池方面有望在2023年达到282从产能角度看目前各厂家仍集中在100MW级别的试验线如2021年协鑫光电100MW产线投产纤纳光电极电光能万度光能也在2021年通过融资等方式投建百兆瓦级产线我们预计2023年有望看到行业GW级别的项目落地2024年出现多条GW级别的产线建设由中试正式迈向量产各厂家详细的产能规划进展我们在后续52节供给端进行详细说明这里不多赘述请务必阅读正文之后的免责条款部分19of434钙钛矿制备涂布湿法和蒸镀干法共存核心设备确定钙钛矿电池由于其结构并未完全确定对应设备与工艺尚未定型但其核心设备离不开激光设备真空镀膜设备和涂布机钙钛矿电池的产业化将给设备投资带来新的增量1激光工艺贯穿整个环节精度提升促使设备升级目前国内各激光设备厂商已前瞻布局包括大族激光德龙激光杰普特迈为股份帝尔激光等2钙钛矿层以涂布湿法为主流其次是CVD法新增涂布机需求目前协鑫光电纤纳光电和极电光能等均以狭缝涂布法为主其中主要供应商为上海沪德其次是日本东丽而CVD法代表企业为众能光电CVD设备市场被应用材料泛林半导体东京电子等国外厂商占领3真空镀膜多层通用设备投资占比提升PVD设备供应商较多包括京山轻机迈为股份捷佳伟创奥来德众能光电等CVD设备国内厂商以捷佳伟创为主4对标OLEDs封装薄膜封装或成为主流工艺流程概况导电透明玻璃制备激光P1刻蚀制备第一传输层薄膜电子空穴传输层退火干燥制备钙钛矿层薄膜退火烘干制备第二传输层薄膜空穴电子传输层退火干燥激光P2刻蚀底电极背电极制备激光P3刻蚀激光清边测试分拣和封装图24钙钛矿电池制备涂布湿法和蒸镀干法共存数据来源弗斯迈立鼎产业研究网各公司公告国泰君安证券研究41激光工艺贯穿整个环节精度提高促使设备升级太阳能电池的大面积是保证高功率输出的关键钙钛矿电池与晶硅电池的大面积制备具有本质区别晶硅电池组件的大面积制备是通过对标准请务必阅读正文之后的免责条款部分20of43