本周关注：安徽合力、巨星科技、诺力股份、郑煤机
　　本周核心观点：本周国内社融数据与美国部分经济数据超预期，关注出口链与国内基建相关产业链，长期关注新技术
　　受益于可捕捉和转换更宽光谱范围，钙钛矿与晶硅叠层电池拥有更高的转换效率。连续可调的带隙宽度使得钙钛矿适合做叠层多结电池，与其他电池集成以后可以捕捉和转换更宽光谱范围的太阳光，获得比单纯晶硅电池或钙钛矿电池更高的光电转化效率。EcoMat研究表明钙钛矿/硅串联太阳电池的理论效率极限为46%，远高于传统晶硅电池；而根据NREL统计的最新实验室数据，钙钛矿/晶硅叠层转化效率快速提升，超过单晶硅电池。
　　相较TOPCON，HJT更适合与钙钛矿叠层。1）钙钛矿电池与异质结电池进行叠层，HJT电池表面本身就是TCO，HJT电池的产线无需做更改，而Topcon电池与钙钛矿电池进行叠层，Topcon正面的氮化硅和氧化铝由于是绝缘体不能导电，需要先把氧化铝和氮化硅去掉，或加入进一步掺杂和钝化工艺；2）叠层电池中HJT受光面TCO依然是TCO，Topcon表面也需要变成TCO，那么Topcon电池本身电流高的优势就会消失，理论上钙钛矿-Topcon叠层电池的效率相比HJT-钙钛矿叠层电池更低；3）钙钛矿/HJT叠层电池为串联结构，输出超高电压提高转换效率
　　产业中钙钛矿/晶硅叠层关注度有所升温。从叠层电池种类来看，目前钙钛矿/晶硅叠层电池的专利数更多，许多钙钛矿电池厂商持有相关专利，如黑晶光电、协鑫光电、纤纳光电、合特光电、众能光电等。全钙钛矿叠层电池的专利数并不多，目前仅有协鑫光电、纤纳光电和仁烁光能持有全钙钛矿叠层电池专利。从叠层电池专利占比来看，钙钛矿/晶硅叠层占比较大，其中，钙钛矿/HJT叠层电池的专利数较多。
　　钙钛矿/硅叠层电池常见的配置有二端叠层（2T）与四端叠层（4T），2T/4T技术路线当前没有明显结论。4T结构主要是指单结的钙钛矿电池和晶硅电池分别独立制作然后串联，2T结构主要是指在晶硅电池表面直接制作钙钛矿电池。1）从转换效率上看，目前钙钛矿/晶硅叠层电池2T/4T结构的转换效率没有明显差异，但优于钙钛矿/钙钛矿叠层电池、钙钛矿/碲化镉叠层电池；2）从制备成本看，2T叠层电池在硅电池上直接沉积钙钛矿电池制成，与机械堆叠的4T电池相比，只需要一个透明电极，更少的电极材料和更少的沉积步骤，2T电池的制造成本更低；3）从制备难度上看，4T电池分别制备两个电池再串联比较简单，而2T电池需要考虑顶底电池电流匹配问题，技术相对复杂，电流匹配的限制使得设计2T叠层电池时需要针对不同地理位置的光谱条件做出细微调整，才能获得最大的功率输出。同时由于直接在硅电池顶部沉积钙钛矿电池，硅电池顶部陷光结构的制作和表面钝化设计将会更加困难；4）从兼容性角度看，由于4T电池相当于有两个正极和负极，与现有电站匹配存在问题，但未来也有望通过组件内部串联的方式，将4T组件优化为2T组件解决。
　　投资建议：钙钛矿单结、钙钛矿/晶硅叠层电池仍处于选定设备工艺，多技术路线并存阶段。建议关注各环节设备布局最全面的：京山轻机、捷佳伟创
　　风险提示：1）钙钛矿产业融资进展与转换效率提升不及预期；2）钙钛矿/晶硅叠层电池发展不及预期

研究报告全文：一周解一惑系列2023年02月18日钙钛矿晶硅叠层电池的发展路径本周关注安徽合力巨星科技诺力股份郑煤机推荐维持评级本周核心观点本周国内社融数据与美国部分经济数据超预期关注出口链与国内基建相关产业链长期关注新技术TableAuthor受益于可捕捉和转换更宽光谱范围钙钛矿与晶硅叠层电池拥有更高的转换效率连续可调的带隙宽度使得钙钛矿适合做叠层多结电池与其他电池集成以后可以捕捉和转换更宽光谱范围的太阳光获得比单纯晶硅电池或钙钛矿电池更高的光电转化效率EcoMat研究表明钙钛矿硅串联太阳电池的理论效率极限为46远高于传统晶硅电池而根据NREL统计的最新实验室数据钙钛矿晶硅叠层转化效率快速提升超过单晶硅电池分析师李哲相较TOPCONHJT更适合与钙钛矿叠层1钙钛矿电池与异质结电池执业证书S0100521110006进行叠层HJT电池表面本身就是TCOHJT电池的产线无需做更改而电话13681805643Topcon电池与钙钛矿电池进行叠层Topcon正面的氮化硅和氧化铝由于是绝邮箱lizheyjmszqcom缘体不能导电需要先把氧化铝和氮化硅去掉或加入进一步掺杂和钝化工分析师占豪执业证书S0100522090007艺2叠层电池中HJT受光面TCO依然是TCOTopcon表面也需要变成电话15216676817TCO那么Topcon电池本身电流高的优势就会消失理论上钙钛矿-Topcon叠邮箱zhanhaomszqcom层电池的效率相比HJT-钙钛矿叠层电池更低3钙钛矿HJT叠层电池为串联结构输出超高电压提高转换效率相关研究产业中钙钛矿晶硅叠层关注度有所升温从叠层电池种类来看目前钙钛1一周解一惑系列换电行业及产业链梳理矿晶硅叠层电池的专利数更多许多钙钛矿电池厂商持有相关专利如黑晶光20230212电协鑫光电纤纳光电合特光电众能光电等全钙钛矿叠层电池的专利2一周解一惑系列钙钛矿技术细节及产业分析-20230205数并不多目前仅有协鑫光电纤纳光电和仁烁光能持有全钙钛矿叠层电池专3一周解一惑系列人口压力产业升级利从叠层电池专利占比来看钙钛矿晶硅叠层占比较大其中钙钛矿HJT机器人产业快速发展-20230129叠层电池的专利数较多4一周解一惑系列钙钛矿层薄膜制备中涂钙钛矿硅叠层电池常见的配置有二端叠层2T与四端叠层4T布蒸镀设备的对比选择-202301155一周解一惑系列退役动力电池回收放量2T4T技术路线当前没有明显结论4T结构主要是指单结的钙钛矿电池和晶硅时点将至-20230108电池分别独立制作然后串联2T结构主要是指在晶硅电池表面直接制作钙钛矿电池1从转换效率上看目前钙钛矿晶硅叠层电池2T4T结构的转换效率没有明显差异但优于钙钛矿钙钛矿叠层电池钙钛矿碲化镉叠层电池2从制备成本看2T叠层电池在硅电池上直接沉积钙钛矿电池制成与机械堆叠的4T电池相比只需要一个透明电极更少的电极材料和更少的沉积步骤2T电池的制造成本更低3从制备难度上看4T电池分别制备两个电池再串联比较简单而2T电池需要考虑顶底电池电流匹配问题技术相对复杂电流匹配的限制使得设计2T叠层电池时需要针对不同地理位置的光谱条件做出细微调整才能获得最大的功率输出同时由于直接在硅电池顶部沉积钙钛矿电池硅电池顶部陷光结构的制作和表面钝化设计将会更加困难4从兼容性角度看由于4T电池相当于有两个正极和负极与现有电站匹配存在问题但未来也有望通过组件内部串联的方式将4T组件优化为2T组件解决投资建议钙钛矿单结钙钛矿晶硅叠层电池仍处于选定设备工艺多技术路线并存阶段建议关注各环节设备布局最全面的京山轻机捷佳伟创风险提示1钙钛矿产业融资进展与转换效率提升不及预期2钙钛矿晶硅叠层电池发展不及预期本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告1行业专题研究机械目录1晶硅叠层钙钛矿电池以及研发背景311当前晶硅电池312钙钛矿晶硅叠层电池42学术界进度汇总1021钙钛矿硅叠层太阳能电池的多种配置方式1022钙钛矿硅叠层太阳能电池的电池效率提升123产业进度汇总1531钙钛矿电池厂商专利布局1532钙钛矿叠层电池产业化难点164投资建议1841京山轻机1842捷佳伟创185风险提示19插图目录20表格目录20本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告2行业专题研究机械1晶硅叠层钙钛矿电池以及研发背景11当前晶硅电池晶硅电池技术是以硅片为衬底根据硅片的差异区分为P型电池和N型电池两种电池发电原理无本质差异都是依据PN结进行光生载流子分离在P型半导体材料上扩散磷元素形成np型结构的太阳电池即为P型电池片在N型半导体材料上注入硼元素形成pn型结构的太阳电池即为N型电池片P型电池制作工艺相对简单成本较低目前PERC占据主流N型电池主要有TopconHJTTopconTunnelOxidePassivatedContact氧化层钝化接触电池核心技术是背面钝化接触电池背面由一层超薄氧化硅12nm与一层磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜组成二者共同形成钝化接触结构钝化性能通过退火过程进行激活Si薄膜在该退火过程中结晶性发生变化由微晶非晶混合相转变为多晶图1Topcon电池结构示意图资料来源电力电子研究院一文读懂当前晶硅电池PERCTopconHJTN-IBCP-IBC技术及工艺流程民生证券研究院HJTHeterojunctionwithIntrinsicThin-film本征薄膜异质结电池具备对称双面电池结构中间为N型晶体硅正面依次沉积本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜从而形成P-N结背面则依次沉积本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜以形成背表面场鉴于非晶硅的导电性比较差因此在电池两侧沉积透明导电薄膜TCO进行导电最后采用丝网印刷技术形成双面电极主要得益于N型硅衬底以及非晶硅对基底表面缺陷的双重钝化作用本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告3行业专题研究机械图2HJT电池结构示意图资料来源电力电子研究院一文读懂当前晶硅电池PERCTopconHJTN-IBCP-IBC技术及工艺流程民生证券研究院此外还有IBC电池InterdigitatedBackContact交叉指式背接触电池技术将PN结基底与发射区的接触电极以交指形状做在电池背面分为N型IBC以及P型IBC目前IBC电池制程工艺复杂成本较高尚未产业化图3IBC电池结构示意图资料来源电力电子研究院一文读懂当前晶硅电池PERCTopconHJTN-IBCP-IBC技术及工艺流程民生证券研究院12钙钛矿晶硅叠层电池钙钛矿是指一类陶瓷氧化物柔性材料呈立方体晶形狭义的钙钛矿特指CaTiO3广义的钙钛矿泛指与CaTiO3结构类似的ABX3型化合物A代表有机分子一般为CH3NH3等B代表金属离子一般为铅或锡X代表卤素离子一般为氟氯溴碘砹利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池则被称为钙钛矿型太阳能电池钙钛矿电池属于一种非硅薄膜电池目前用于太阳能电池发电层的钙钛矿材料一般为有机-无机杂化钙钛矿材料本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告4行业专题研究机械图4钙钛矿正八面体晶体结构图资料来源澎湃能创无限丨ABX钙钛矿没钙无钛不是矿民生证券研究院121纯钙钛矿电池结构目前钙钛矿电池分为单结钙钛矿与叠层钙钛矿多结两类纯钙钛矿电池可分为n-i-p和p-i-n两种器件结构其中n-i-p结构是指电子传输层-钙钛矿层-空穴传输层的器件结构p-i-n结构是指空穴传输层-钙钛矿层-电子传输层的器件结构其中n-i-p器件结构较为常见但由于p-i-n结构制备工艺简单成本低可用于钙钛矿-钙钛矿叠层器件的制备因此越来越受到科研者们的关注图5nip结构正式结构图6pin结构反式结构资料来源知研光电材料民生证券研究院资料来源知研光电材料民生证券研究院本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告5行业专题研究机械122叠层钙钛矿电池结构连续可调的带隙宽度使得钙钛矿适合做叠层多结电池优势在于其它类型太阳能电池集成以后可以捕捉和转换更宽光谱范围的太阳光提升电池转换效率叠层的技术方向主要分为两类钙钛矿晶硅叠层电池钙钛矿钙钛矿叠层电池对于钙钛矿晶硅叠层电池钙钛矿可以与HJTTopcon等晶硅电池组成叠层电池简单来说是指将钙钛矿电池串联在晶硅电池表面钙钛矿硅串联太阳电池结合了晶硅薄膜电池的优点通过组合的优势拓宽了吸收光谱获得比单纯晶硅电池或钙钛矿电池更高的光电转化效率EcoMat研究表明钙钛矿硅串联太阳电池的理论效率极限为46远高于传统晶硅电池而根据NREL统计的最新实验室数据钙钛矿晶硅叠层转化效率快速提升明显超过单晶硅电池图7电池转换效率历程圈内为钙钛矿晶硅叠层资料来源NREL民生证券研究院钙钛矿硅叠层太阳能电池有多种配置方式常见的配置方法有二端叠层2T与四端叠层4T本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告6行业专题研究机械图8两端叠层电池结构图9四端叠层结构资料来源eScience研究论文首块无机钙钛矿晶硅两端叠层电池资料来源钙钛矿与叠层电池产业化最新进展民生证券研究院民生证券研究院从工艺难度来看最容易实现的是机械堆叠的四端叠层电池四端叠层电池的两个子电池独立制作并且两子电池仅在光学上存在联系电路相互独立因此可以分别设计两个子电池的最佳制造条件且两个子电池可以相互独立的运行在它们的最大功率点上两端叠层电池在硅电池上直接沉积钙钛矿电池制成通过复合层或隧道结将两个子电池串联连接与机械堆叠的四端电池相比这种两端架构只需要一个透明电极由于更少的电极材料使用和更少的沉积步骤两端电池的制造成本极大的降低了两端叠层电池也有一些限制由于直接在硅电池顶部沉积钙钛矿电池硅电池顶部陷光结构的制作和表面钝化设计将会更加困难因为不规则的表面不利于沉积规则的钙钛矿薄膜沉积工艺也可能破坏硅的上表面钝化层此外三端结构作为一种全新的设计思路逐渐进入了研究者的视野2017Werner课题组提出了将叉指式背接触硅IBC电池与宽带隙顶部电池相结合制造的三端结构叠层电池并通过二维器件物理模型研究了三端配置下叠层电池的运行本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告7行业专题研究机械123Topcon钙钛矿叠层与HJT钙钛矿叠层比较一般来说相比Topcon电池异质结电池与钙钛矿电池进行叠层更为理想图104t钙钛矿Topcon叠层图11钙钛矿HJT叠层资料来源公司携手研发的钙钛矿晶硅叠层电池转换效率创新高资料来源新型薄膜太阳能电池民生证券研究院民生证券研究院一是异质结电池结构相比Topcon电池本身更适合叠层因为钙钛矿电池与异质结电池进行叠层异质结电池表面本身就是TCO异质结电池的产线无需做更改而Topcon电池与钙钛矿电池进行叠层Topcon正面的氮化硅和氧化铝由于是绝缘体不能导电需要先把氧化铝和氮化硅去掉或加入进一步掺杂和钝化工艺二是Topcon电池与钙钛矿电池进行叠层的话自身基于电流高的效率优势会被浪费从实际量产效率来看Topcon和异质结相差不大但效率的构成参数不同异质结电池电压高电流低Topcon电池开压不高但电流比较高主要原因为异质结表面TCO的透光性不如Topcon表面的氮化硅如果做叠层电池异质结受光面TCO依然是TCOTopcon表面也需要变成TCO那么Topcon电池本身电流高的优势就没有了理论上钙钛矿-Topcon叠层电池的效率相比HJT-钙钛矿叠层电池更低不过钙钛矿-Topcon叠层电池依然值得关注2022年6月澳大利亚国立大学KlausWeber北京大学周欢萍以及晶科能源PeitingZheng等人使用Topcon晶硅电池作为底部电池以及钙钛矿薄膜作为顶部电池制备了单片钙钛矿Topcon叠层器件该器件的效率为276三是钙钛矿HJT叠层电池为串联结构输出超高电压提高转换效率钙钛矿与异质结具有良好的叠层电池匹配度可形成较单结PSCs效率更高的叠层电池异质结是指将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅基片上在交界面形成的空间电荷区PN结具有单向导电性具有本征非晶层的硅异质结电池片中同时存在晶体和非晶体级别的硅非晶硅能更好地实现钝化效果提高开路电压和转换效率叠层电池根据禁带宽度从小到大可依次将不同材料按从底向本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告8行业专题研究机械顶顺序而组成叠层电池上面是钙钛矿电池底下是异质结电池钙钛矿吸收中短波长的光中长波的光透过钙钛矿由异质结吸收通过光学和叠层的设计来输出超高电压在转化率贡献上异质结可以贡献25-26的转化率而钙钛矿叠层则是增加其3-5增量效益值得注意的是由于钙钛矿电池与硅异质结电池均为P-N结构如果将二者直接串联接触界面会形成反PN结导致电压相互抵消而不导电需要增加过渡层隧穿结或过渡层也是P-N结构过渡层需要同时满足可导电透光性好有一定厚度几个条件来联接两个子电池本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告9行业专题研究机械2学术界进度汇总21钙钛矿硅叠层太阳能电池的多种配置方式钙钛矿硅叠层太阳能电池有多种配置方式常见的配置方法有二端叠层2T与四端叠层4T图12四端式钙钛矿硅叠层电池结构图图13两端式钙钛矿硅叠层电池结构图资料来源钙钛矿硅异质结叠层太阳电池光学模拟的研究进展民生资料来源钙钛矿硅异质结叠层太阳电池光学模拟的研究进展民生证券研究院证券研究院根据电子科技大学研究成果钙钛矿硅叠层太阳能电池的研究中所述从工艺难度来看机械堆叠的四端叠层电池较为容易实现四端叠层电池的两个子电池独立制作并且两子电池仅在光学上存在联系电路相互独立因此可以分别设计两个子电池的最佳制造条件且两个子电池可以相互独立的运行在它们的最大功率点上两端叠层电池在硅电池上直接沉积钙钛矿电池制成采用四端架构意味着四个电极中的三个需要使用透明电极与机械堆叠的四端电池相比这种两端架构只需要一个透明电极由于更少的电极材料使用和更少的沉积步骤两端电池的制造成本降低但两端叠层电池也有一些限制由于两个子电池串联连接子电池必须被设计为在工作时有相似的光电流因为串联的子电池电流受电流较低的子电池限制电流匹配要求会将顶电池理想带隙限制在1718eV的狭窄范围内为制备高效率叠层电池带来较大的难度电流匹配的限制使得设计两端叠层电池时需要针对不同地理位置的光谱条件做出细微调整才能获得最大的功率输出同时由于直接在硅电池顶部沉积钙钛矿电池硅电池顶部陷光结构的制作和表面钝化设计将会更加困难因为不规则的表面不利于沉积规则的钙钛矿薄膜沉积工艺也可能破坏硅的上表面钝化层本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告10行业专题研究机械4T结构相关研究统计首个钙钛矿硅四端叠层电池在2014年由斯坦福大学Bailie教授的课题组开发结合MAPbI3钙钛矿电池与多晶硅下电池并获得了17的效率2016年Doung等人首次将ITO透明电极用于四端叠层电池获得了201的效率使用了ITO电极的钙钛矿上电池拥有超过80近红外光谱的透射率2018年Zhang等人通过在IBC电池顶部加入近红外透射率92的钙钛矿顶部电池使四端叠层电池效率提升至2572020年宾夕法尼亚大学的Yang课题组使用超薄金薄膜作为顶部电极使四端叠层电池的效率记录提高到了2832T结构相关研究统计2015年MIT大学的Mailoa课题组首次制备了两端叠层电池光电转化效率1372016年Werner课题组提出了一种使用氧化锌锡IZO作为复合层的两端叠层电池在当时先进钙钛矿电池制备所需的500高温工艺中保护硅电池2018年南威尔士大学的Zheng团队首次将低温处理150钙钛矿太阳能电池集成到硅太阳能电池上并使用SnO2作为钙钛矿的电子传输层以及复合层使大面积4cm2两端叠层电池获得了21的效率目前柏林亥姆霍兹中心HZB的研究者在2020年制造出的298效率的两端叠层电池保持着钙钛矿硅叠层电池的效率记录为了克服2T和4T结构的弊端近年来三端结构3T作为一种全新的设计思路逐渐进入了研究者的视野2017年Werner课题组提出了将叉指式背接触硅IBC电池与宽带隙顶部电池相结合制造的三端结构叠层电池并通过二维器件物理模型研究了三端配置下叠层电池的运行3T结构能减少2T和4T本身的缺陷但是3T结构通常需要交叉指式背接触技术IBC需要高质量的材料例如具有较长扩散长度的n型材料暂时难以大量生产的低成本的电池图14三端式钙钛矿硅叠层电池示意图资料来源钙钛矿硅叠层太阳能电池的研究民生证券研究院本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告11行业专题研究机械图15学术界三端式叠层电池的各类结构示意图资料来源ATaxonomyforThree-TerminalTandemSolarCells民生证券研究院22钙钛矿硅叠层太阳能电池的电池效率提升根据材料导报发布的中国科学院宁波材料工程研究所浙江大学宁波大学的研究成果钙钛矿晶硅叠层太阳电池关键材料与技术研究进展所述要提高叠层电池的光电转换效率关键是提高电池的开路电压短路电流密度以及填充因子减少电池的光学及电学损耗其中提高电池短路电流密度的方法主要是降低寄生吸收损耗及反射损耗同时提高顶电池和底电池电流密度匹配度提高开路电压的方法主要是提高宽带隙钙钛矿电池的开路电压最后提高填充因子的方法是减少电阻损耗及漏电击穿减少寄生吸收损耗的主流方案是采用p-i-n结构的顶电池太阳电池中非活性层的对光的吸收称为寄生吸收这些吸收对太阳电池中的短路电流密度没有贡献研究发现采用p-i-n结构的钙钛矿顶电池能显著降低载流子传输层的寄生损失2017年Bush课题组采用p-i-n结构钙钛矿顶电池大大改善了Spiro-OMeTAD常用的电荷传输层材料的寄生吸收结合晶硅底电池的硅纳2米颗粒Ag复合层背反结构实现JSC181mAcmPCE236目前高效叠层电池基本采用p-i-n结构的钙钛矿顶电池减少反射损耗的途径通常有两种一是在器件前表面设计一层减反层增加前表面的抗反射能力进而减少逃逸出器件的光二是使用绒面结构使进入器件的光吸收最大化2018年瑞士EPFL的Ballif课题组通过物理沉积溶液涂层的组合先用共蒸法将碘化铅框架镀到金字塔结构上在用溶液法涂覆有机卤化物沉积出高质量薄膜避免只用溶液法时溶液受重力影响聚集在金字塔谷底导致成膜不均匀的问题本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告12行业专题研究机械图16绒面硅片上直接使用溶液法处理时成膜的不均匀现象资料来源Fullytexturedmonolithicperovskitesilicontandemsolarcellswith252powerconversionefficiency民生证券研究院图17两端式钙钛矿硅叠层电池中常用的陷光策略示意图资料来源高效钙钛矿太阳电池及其叠层电池研究进展民生证券研究院提高叠层电池的开路电压关键是提高宽带隙钙钛矿顶电池的开路电压目前高效两端叠层电池的顶电池普遍采用160165eV带隙的顶电池钙钛矿电池开压约为11V叠层晶硅底电池拥有07V的开压叠层电池开压最高为18V而理论模拟最优的17175eV开压的钙钛矿电池没有在叠层电池中成功应用其原因主要是两个方面首先宽带隙的钙钛矿顶电池没有达到预期的高开路电压17eV宽带隙钙钛矿电池的开压仅在12eV左右开压和带隙存在约05eV的差距而常规155eV带隙的高效钙钛矿电池的开压与带隙只有04eV的差距因此宽带隙钙钛矿电池的开压还有很大的提升空间其次两端叠层电本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告13行业专题研究机械池还存在顶电池和底电池电流密度匹配要求根据理论模拟Eg17eV的钙钛矿顶电池要与晶硅底电池实现电流匹配需要的厚度超过1m然而该厚度的高质量钙钛矿层目前无法制备相对而言16eV钙钛矿电池能较好地与底电池实现电流匹配这也是目前大部分高效叠层电池采用带隙16165eV钙钛矿顶电池作为折中手段的原因因此提高微米级厚度的宽带隙钙钛矿电池的光电性能是进一步提高叠层电池性能的关键除了叠层电池的高效化研究外开展高效叠层电池的大面积均匀制备工艺以及稳定性研究也至关重要目前透明电极的磁控溅射或热蒸发技术以及钙钛矿及载流子传输层的狭缝式涂布技术都有望实现大面积均匀制备在156cm156cm的大面积晶硅电池上叠加钙钛矿组件是大面积叠层电池切实可行的制备方法另外钙钛矿电池还面临稳定性的挑战其容易受到光热水氧等影响特别是宽带隙钙钛矿电池的相不稳定性尤为突出因此需要通过钙钛矿层及载流子传输层特性以及有机无机界面特性的调控抑制碘离子的迁移提高宽带隙钙钛矿电池的稳定性从而达到可与晶硅底电池匹配的寿命本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告14行业专题研究机械3产业进度汇总31钙钛矿电池厂商专利布局从叠层电池种类来看目前钙钛矿晶硅叠层电池的专利数更多许多钙钛矿电池厂商持有相关专利如黑晶光电协鑫光电纤纳光电合特光电众能光电等全钙钛矿叠层电池的专利数并不多目前仅有协鑫光电纤纳光电和仁烁光能持有全钙钛矿叠层电池专利从叠层电池专利占比来看钙钛矿晶硅叠层占比较大其中钙钛矿HJT叠层电池的专利数较多其次是钙钛矿钙钛矿叠层电池从专利整体布局来看目前产业端对于全钙钛矿叠层电池和钙钛矿HJT叠层电池的关注度更高图18截至20230216钙钛矿电池厂商叠层电池专利图19截至20230216各叠层电池专利数占比个资料来源爱企查民生证券研究院资料来源爱企查民生证券研究院产业内钙钛矿叠层电池领域大多还在实验室测试阶段根据2月16日仁烁光能的公开信息仁烁光能建设的全球首条全钙钛矿叠层光伏组件研发线正式投产组件尺寸3040c目前10MW研发中试线已全线跑通除此以外合特光电也计划进行钙钛矿HJT电池中试线本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告15行业专题研究机械表1钙钛矿电池公司近期动态公司时间相关新闻中国长江三峡集团科学技术研究院与杭州纤纳光电科技有限公司联合开发的钙钛矿-晶硅四端子叠层组件经泰尔实验室嘉兴测试认证在面积约为20cm2的组件上获得了2663的转换效率该结果是目前全球四端子叠层组纤纳光电2022年2月2日件转换效率的最好成绩此次检测的叠层组件结构是由钙钛矿组件和PERC晶硅组件叠加而成其中钙钛矿组件作为顶电池贡献了1686的效率而PERC晶硅组件作为底电池贡献了977的效率公司的子公司合特光电计划在2022年底投产首条异质结钙钛矿叠层电池中试合特光电2022年6月20日线目标效率28以上一旦该生产线顺利投产将大幅增加公司产品的市场竞争力1月1日经日本JET第三方认证仁烁光能研发的全钙钛矿叠层电池稳态光电转换效率达到290再次打破团队在2022年6月创造的280的世界纪仁烁光能2023年1月1日录这也是其第七项被收录的叠层电池世界纪录量产方面仁烁光能150MW中试线预计在2023年三季度投产2024年实现量产若中试线的调试结果符合预期仁烁光能将进行GW级的产能规划1月20日经中国计量院认证曜能科技自主研发的小面积钙钛矿晶硅两端叠层电池稳态输出效率达到3244刷新国内纪录两周之后曜能科技再次宣布经中国计量院认证公司自主研发的25cm2大面积钙钛矿晶硅两曜能科技2023年1月20日电极叠层电池器件稳态效率达到2957为目前报道的大面积叠层电池最高效率据曜能科技介绍25cm2电池器件是验证工业级规格电池工艺可行性的重要节点目前公司已完成从基本材料配方和工艺方法到整体资源配套和研发思路的颠覆性跨越1月31日皇氏集团宣布与黑晶光电达成技术合作拟共同推进Topcon钙钛矿叠层电池产品技术的研发生产及产品应用黑晶光电成立于2019年黑晶光电2023年1月31日专注于钙钛矿叠层电池技术的研发与生产根据黑晶光电官网披露的信息其研发的串联型钙钛矿PERC叠层电池转换效率达到265资料来源合特光电公告索比光伏网东吴光伏圈微信公众号民生证券研究院32钙钛矿叠层电池产业化难点对于全钙钛矿叠层电池来说在早期研究中由于窄带隙钙钛矿层的扩散层较薄表面缺陷较多以及稳定性不佳等问题限制了叠层电池的效率提升目前实验室已经能基于小面积组件获得较高效率但是工业化大面积制备仍存在难点实验室基本用旋涂法制备钙钛矿层但是产业中广泛应用制备钙钛矿薄膜的印刷涂布或真空沉积技术难以控制宽带隙钙钛矿的结晶制备的膜存在不连续疏松多孔凹凸不平的现象同时钙钛矿易氧化的现象需要制备及封装时严格控制无氧状态对于目前的技术来说所花费成本较大本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告16行业专题研究机械对于钙钛矿晶硅叠层电池来说目前的难点在于控制量产成本一方面目前实验室高效率基本上基于完全抛光精密的硅底电池成本较高量产上难以接受另一方面如果采用异质结电池作为硅底电池利用其上下金字塔形状制绒虽然硅底的成本降低但是钙钛矿层的制备难度却增加从叠层电池的结构来说有两端电池2t和四端电池4t两种较为主流的结构从效率上来说目前两种结构的叠层电池没有较大的区别图20学术界2T4T结构叠层电池转换效率表资料来源AdvancedEnergyMaterials-2020-Jot-MonolithicPerovskiteTandemSolarCellsAReviewofthePresentStatusand民生证券研究院但从制备工艺上来说四端电池中两个子电池需要单独制备的两端电池中间需要通过复合层来连接整个电池从技术难度上来说四端电池分别制备两个电池是比较简单的而两端电池需要考虑顶底电池电流匹配问题技术相对复杂但从成本角度来看四端电池需要至少3个透明电极封装的成本比较高而两端叠层只需要一个复合层和一个透明电极成本会相对低一些考虑到兼容性问题由于四端电池相当于有两个正极和负极与现有电站匹配存在较大的问题而两端电池作为一个整体兼容性可能更高但未来也有望通过组件内部串联的方式将4T的组件优化为2T组件解决兼容性问题本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告17行业专题研究机械4投资建议41京山轻机公司是中国领先的纸箱纸盒包装机械研发制造和出口基地瓦楞机械设备和后续加工设备制造商公司主业从纸制品包装机械发展到目前涵盖包装机械汽车零部件制造人工智能和工业自动化行业等多项业务公司通过对人工智能在工业领域的研究和运用为客户提供个性化多样化智能化自动化生产整体解决方案工业自动化生产业务主要为制造业生产用于替代人工生产的自动化生产线涵盖3C电子食品和建材家居等行业公司通过重大资产重组收购苏州晟成100股权新增光伏组件自动化生产线设备产品营业收入规模有较大提升在钙钛矿领域公司可提供PVD镀膜设备团簇型多腔蒸镀设备ITO玻璃清洗机等产品1钙钛矿PVD镀膜设备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2钙钛矿团簇型多腔式蒸镀设备具备完全自主知识产权是用于钙钛矿电池制备过程中钙钛矿材料及金属电极材料的蒸镀设备公司经过长时间研发及实验数据验证突破技术难关该设备现已量产并成功应用于多个客户端42捷佳伟创公司是领先的光伏设备及绿色能源产业专用设备制造商2007年创立于深圳市宝安区并于2010年与深圳市捷佳创精密设备有限公司成功实现业务整合产品涵盖原生多晶硅料生产设备硅片加工设备晶体硅电池生产设备等公司系国内领先的晶体硅太阳能电池生产设备制造商主营PECVD设备扩散炉制绒设备刻蚀设备清洗设备自动化配套设备等太阳能电池片生产工艺流程中的主要设备的研发制造和销售在钙钛矿领域根据公司公众号公开信息2022年7月首台套量产型钙钛矿电池核心装备-RPD设备出货2022年10月在获得某央企研究院的钙钛矿低温低损薄膜真空沉积设备订单以及某国家科学院的反应式等离子镀膜设备订单后公司自主研发的钙钛矿共蒸法真空镀膜设备也顺利的再次取得订单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该蒸镀设备核心蒸发源由捷佳伟创研发团队自主研发并通过创新性结构设计实现优良的多元共蒸效果公司作为太阳能电池设备的领先企业在PERCTopconHJTIBC钙钛矿等技术路线上进行了全面布局并且推出了具有优势的差异化设备产品本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告18行业专题研究机械5风险提示1钙钛矿产业融资进展与转换效率提升不及预期目前钙钛矿电池公司多集中在创业公司需要持续融资推动产线落地与研发同时目前钙钛矿产业核心待突破点为转换效率的提升2钙钛矿晶硅叠层电池发展不及预期目前钙钛矿公司更多的仍聚焦在攻克单结钙钛矿电池的量产制备与相关研发而与现有晶硅产业结合的钙钛矿晶硅叠层电池多为技术储备状态未来是否落地有不确定性本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告19行业专题研究机械插图目录图1Topcon电池结构示意图3图2HJT电池结构示意图4图3IBC电池结构示意图4图4钙钛矿正八面体晶体结构图5图5nip结构正式结构5图6pin结构反式结构5图7电池转换效率历程圈内为钙钛矿晶硅叠层6图8两端叠层电池结构7图9四端叠层结构7图104t钙钛矿Topcon叠层8图11钙钛矿HJT叠层8图12四端式钙钛矿硅叠层电池结构图10图13两端式钙钛矿硅叠层电池结构图10图14三端式钙钛矿硅叠层电池示意图11图15学术界三端式叠层电池的各类结构示意图12图16绒面硅片上直接使用溶液法处理时成膜的不均匀现象13图17两端式钙钛矿硅叠层电池中常用的陷光策略示意图13图18截至20230216钙钛矿电池厂商叠层电池专利个15图19截至20230216各叠层电池专利数占比15图20学术界2T4T结构叠层电池转换效率表17表格目录表1钙钛矿电池公司近期动态16本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告20