大面积制备与寿命为钙钛矿电池技术产业化的主要痛点。钙钛矿行业经过学术界和产业界长时间的摸索，在小面积上已经实现了较高的转换效率，并已经有厂商的钙钛矿组件通过了IEC测试。当下，如何进行大面积的制备而保持较高的转换效率以及实现较长的寿命而不衰减，成为钙钛矿产业化的重要命题，需要从结构、材料、工艺、设备等多方面着手。
　　主体结构/材料相对确定。钙钛矿的结构基本确定导电玻璃、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、顶电极的结构，而由于倒置结构（P-I-N结构）的工艺窗口较宽，产业界多采用倒置结构。具体材料上，导电玻璃多采用FTO；电子传输层经历了氧化钛、氧化锌等，现在多采用氧化锡；钙钛矿层（ABX），A一般选用MA、FA、Cs，B一般选用Pb，X一般选用Br、I，为多种材料的混合物，比例各家有所不同；空穴传输层之前以小分子Spiro-OMeTAD（螺二芴）为主要材料，现多采用氧化镍；顶电极现多采用贱金属或者透明导电材料。
　　与晶硅发展历史类似，降本提效需要多种手段共同发力。从晶硅的发展历史来看，从简单的PN结开始，BSF、PREC、TOPCon、HJT等技术其实都是在基础结构上叠加各种钝化层来改善晶硅电池的性能。对于钙钛矿来讲，目前的发力方向包括添加剂策略、溶剂策略、界面工程等；从各家的专利布局来看，在采用什么添加剂、什么溶剂及其用量，以及用什么界面修饰、用什么工艺实现等方面存在较大分歧，而这些也是各家厂商的核心竞争力所在。随着学术界、产业界以及多家行业内/行业外巨头的积极介入，预计钙钛矿技术的发展将更加迅速。
　　投资建议。推荐捷佳伟创，公司技术实力强劲，在钙钛矿领域布局深厚，PVD、RPD、涂布、激光等均有相关产品布局，为少有的具备钙钛矿整线能力的设备厂商；推荐德龙激光，公司与纤纳光电深度合作，获得钙钛矿激光设备并已经验收，未来有望向其他厂商扩展；关注京山轻机（晟成光电），具备PVD、涂布、蒸镀设备的生产能力，并具备深厚产业经验。关注德沪涂膜、众能光电、协鑫光电、纤纳光电、极电光能、仁烁光能等未上市设备/制造厂商以及具备钙钛矿设备生产能力的迈为股份、帝尔激光、海目星、杰普特等。
　　风险提示。钙钛矿产业化进度不及预期的风险；行业竞争加剧的风险；技术迭代对不同设备影响的风险；需求波动的风险；贸易摩擦的风险。
　　

研究报告全文：TablePage深度分析专用设备证券研究报告钙钛矿深度之材料篇TableTitleTableGrade行业评级买入前次评级买入材料为降本提效关键材料工艺各显神通报告日期2023-03-26TableSummary相对市场表现TablePicQuote核心观点大面积制备与寿命为钙钛矿电池技术产业化的主要痛点钙钛矿行业16经过学术界和产业界长时间的摸索在小面积上已经实现了较高的转8换效率并已经有厂商的钙钛矿组件通过了IEC测试当下如何进0032205220722092211220123行大面积的制备而保持较高的转换效率以及实现较长的寿命而不衰-8减成为钙钛矿产业化的重要命题需要从结构材料工艺设备等-16多方面着手-24主体结构材料相对确定钙钛矿的结构基本确定导电玻璃空穴传输专用设备沪深300层钙钛矿层电子传输层顶电极的结构而由于倒置结构P-I-N结构的工艺窗口较宽产业界多采用倒置结构具体材料上导电玻分析师TableAuthor代川璃多采用FTO电子传输层经历了氧化钛氧化锌等现在多采用氧SAC执证号S0260517080007化锡钙钛矿层ABXA一般选用MAFACsB一般选用PbSFCCENoBOS186X一般选用BrI为多种材料的混合物比例各家有所不同空穴传021-38003678输层之前以小分子Spiro-OMeTAD螺二芴为主要材料现多采用氧daichuangfcomcn化镍顶电极现多采用贱金属或者透明导电材料分析师孙柏阳与晶硅发展历史类似降本提效需要多种手段共同发力从晶硅的发SAC执证号S0260520080002展历史来看从简单的PN结开始BSFPRECTOPConHJT等021-38003680技术其实都是在基础结构上叠加各种钝化层来改善晶硅电池的性能sunboyanggfcomcn对于钙钛矿来讲目前的发力方向包括添加剂策略溶剂策略界面工分析师朱宇航程等从各家的专利布局来看在采用什么添加剂什么溶剂及其用SAC执证号S0260520120001量以及用什么界面修饰用什么工艺实现等方面存在较大分歧而这021-38003676些也是各家厂商的核心竞争力所在随着学术界产业界以及多家行业zhuyuhanggfcomcn内行业外巨头的积极介入预计钙钛矿技术的发展将更加迅速请注意孙柏阳朱宇航并非香港证券及期货事务监察委员投资建议推荐捷佳伟创公司技术实力强劲在钙钛矿领域布局深会的注册持牌人不可在香港从事受监管活动厚PVDRPD涂布激光等均有相关产品布局为少有的具备钙钛TableDocReport矿整线能力的设备厂商推荐德龙激光公司与纤纳光电深度合作获相关研究得钙钛矿激光设备并已经验收未来有望向其他厂商扩展关注京山轻风电设备行业投资策略否极2023-03-08机晟成光电具备PVD涂布蒸镀设备的生产能力并具备深厚泰来海陆同行产业经验关注德沪涂膜众能光电协鑫光电纤纳光电极电光能新技术跟踪报告星星之火可2023-02-26仁烁光能等未上市设备制造厂商以及具备钙钛矿设备生产能力的迈为以燎原股份帝尔激光海目星杰普特等锂电设备专题4680电池批量2023-02-23风险提示钙钛矿产业化进度不及预期的风险行业竞争加剧的风险应用重视增量激光焊接技术迭代对不同设备影响的风险需求波动的风险贸易摩擦的风险联系人TableContacts王宁021-38003627shwangninggfcomcn识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明141TablePageText深度分析专用设备重点公司估值和财务分析表Tableimpcom最新最近合理价值EPS元PExEVEBITDAxROE股票简称股票代码货币评级收盘价报告日期元股2022E2023E2022E2023E2022E2023E2022E2023E捷佳伟创300724SZCNY1112020221118买入16661303409367027194115248414501640德龙激光688170SHCNY484420221211买入63040671057230461344313053530770帝尔激光300776SZCNY1107020221026买入22407299435370225453197218717702050迈为股份300751SZCNY3053720221027买入55194502683608344716144440712801480海目星688559SHCNY501320230131买入8876187355268114123028168817602310数据来源Wind广发证券发展研究中心备注表中估值指标按照最新收盘价计算识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明241TablePageText深度分析专用设备目录索引一钙钛矿电池长板突出产业化进程加速6二功能层材料主体材料趋同掺杂材料各显神通12三添加剂提升钙钛矿电池稳定性的关键因素23四溶剂提高钙钛矿晶体成核与薄膜质量26五界面工程改善钝化效果提高吸光性能28六投资标的建议35一捷佳伟创钙钛矿设备持续放量布局叠层技术35二德龙激光实现百兆瓦级激光设备供应抢占激光设备先机37七风险提示39一钙钛矿产业化进度不及预期的风险39二行业竞争加剧的风险39三技术迭代对不同设备影响的风险39四下游需求波动的风险39五贸易摩擦的风险39识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明341TablePageText深度分析专用设备图表索引图1钙钛矿材料晶胞的八面体结构示意图6图2钙钛矿结构示意图7图3纤纳光电地面电站示范项目7图4纤纳光电农光互补电站示范项目7图5纤纳光电茶电互补地面电站示范项目8图6纤纳光电建筑光伏一体化BIPV示范项目8图7单结PSC的SQ限制和电流最高效率的比较9图8钙钛矿材料提升体系本文结构梳理11图9典型的有机电子传输材料13图10常见电子传输材料的LUMO导带能级示意图13图11甲基溴化铵MABr甲基溴化铅MAPbBr3溴化铅PbBr2铯溴化铅CsPbBr3和溴化铯CsBr的热重分析15图12各种常见空穴传输层材料与碘化物和溴化物基卤化物钙钛矿的能级16图13钙钛矿太阳能电池中各种常见空穴传输材料的研究17图14模块化G-钙钛矿随拆装循环次数变化的光电转换效率变化18图15PEDOTPSS作为顶电极图a及不同颜色钙钛矿太阳能电池图b19图16PEDOTPSS电极钙钛矿电池与不同衬底堆叠及对应光电转换效率20图17钙钛矿电池背电极不同材料成本对比20图18不同类型背电极材料的比较21图19L-丙氨酸添加剂处理的p-i-n器件结构图以及可能的钝化机理23图20自发形成的连贯夹层示意图29图21钙钛矿结构示意图30图22捷佳伟创主要产品35图23捷佳伟创近年营收情况亿元36图24捷佳伟创近年净利润情况亿元36图25捷佳伟创首台套量产型钙钛矿电池核心装备立式反应式等离子体镀膜设备-136图26捷佳伟创首台套量产型钙钛矿电池核心装备立式反应式等离子体镀膜设备-236图27德龙激光主要产品37图28德龙激光近年营收情况亿元38图29德龙激光近年净利润情况亿元38识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明441TablePageText深度分析专用设备表1部分企业钙钛矿电池产业化进展截至2023年2月8表2部分企业钙钛矿电池最新认证光电转换效率截至2023年2月9表3部分企业钙钛矿电池稳定性测试情况截至2023年2月10表4部分企业钙钛矿电池电子传输层相关专利情况截至2023年2月14表5部分企业钙钛矿电池钙钛矿层相关专利情况截至2023年2月15表6部分企业钙钛矿电池空穴传输层相关专利情况截至2023年2月17表7钙钛矿电池背电极不同材料对比20表8科研端钙钛矿背电极材料总结21表9部分企业钙钛矿电池背电极相关专利情况截至2023年2月22表10科研界部分钙钛矿添加剂总结24表11部分企业钙钛矿电池添加剂相关专利情况截至2023年2月24表12科研界部分钙钛矿混合溶剂总结26表13使用不同抗溶剂的钙钛矿太阳能电池的光伏参数27表14部分企业钙钛矿电池溶剂相关专利情况截至2023年2月27表15无机盐用于钙钛矿埋底界面改性的研究进展30表16碳材料用于钙钛矿埋底界面改性的研究进展32表17钙钛矿材料用于钙钛矿埋底界面改性的研究进展33表18二维材料用于钙钛矿埋底界面改性的研究进展33表19部分企业钙钛矿电池界面相关专利情况截至2023年2月34识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明541TablePageText深度分析专用设备一钙钛矿电池长板突出产业化进程加速钙钛矿为一类具备化学式ABX3且呈立方体或八面体结构的材料的统称钙钛矿是一种具有与矿物钙钛氧化物最早发现的钙钛矿晶体相同晶体结构的材料通常钙钛矿化合物具有化学式ABX3其中A代表一价有机或无机阳离子如甲脒离子CH2NH2一般缩写为FA甲胺离子CH3NH3一般缩写为MA铯离子Cs铷离子Rb或者多种阳离子混合等B一般代表二价金属阳离子如铅离子Pb2锡离子Sn2锗离子Ge2或者多种金属离子混合等X一般代表一价卤素阴离子如溴离子Br-碘离子I-氯离子Cl-或者多种卤素离子混合等在晶胞结构中A离子位于钙钛矿晶胞结构中心配位12个X阴离子形成立方八面体B离子配位6个X阴离子具有八面体几何形状图1钙钛矿材料晶胞的八面体结构示意图数据来源中科院半导体研究所广发证券发展研究中心钙钛矿太阳能电池可分为平面结构和介孔结构其中平面结构又包括正式n-i-p结构和倒式p-i-n结构1介孔结构最早的钙钛矿电池结构来源于染料敏化太阳能电池在介孔结构中通常存在一种具有纳米级孔隙的电子传递层ETL支架由致密的TiO2层和多孔的TiO2层组成钙钛矿层空穴传输层HTL和电极沉积在ETL支架上以构成完整的器件结构多孔TiO2的作用是增加与钙钛矿层的接触增强载流子分离能力致密的TiO2层起着传输电子和堵塞空穴的作用2正式n-i-p结构介孔结构去掉介孔层后形成正式平面结构由于构型相似介孔结构与正式n-i-p结构发电机理也相似在光照下钙钛矿晶体中形成电子和空穴分别注入电子和空穴传输层并移动到电极上发电3倒式p-i-n结构到目前为止大多数倒式钙钛矿电池都采用了与常规结构n-i-p相同的钝化方法或材料尽管效率有了很大的提高但它们的性能一般不如常规结构n-i-p究其原因主要在于常规结构n-i-p和倒式p-i-n结构钙识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明641TablePageText深度分析专用设备钛矿表面能级排列和载流子输送方向的要求不同对于产业界来讲大多数厂商选择反式钙钛矿结构的原因在于反式结构是先空穴传输层后钙钛矿层再电子传输层空穴传输层直接在TCO玻璃上沉积或涂布等工艺窗口较大便于之后的加工流程图2钙钛矿结构示意图数据来源Recentprogressinperovskitesolarcells-fromdevicetocommercialization广发证券发展研究中心钙钛矿成分可调空间大下游应用场景灵活不同的阳离子以不同的配比不同的方式不同的结构嵌入到钙钛矿结构中可以出开发不同的工程材料同时受益于成分的可调性钙钛矿材料可以根据不同的应用场景要求应用于地面电站航空军事建筑可穿戴式发电器件等众多领域光伏领域中钙钛矿的应用未来可以覆盖工业园区商业地面农业建筑光伏一体化BIPV等多重场景图3纤纳光电地面电站示范项目图4纤纳光电农光互补电站示范项目数据来源纤纳光电公众号广发证券发展研究中心数据来源纤纳光电公众号广发证券发展研究中心识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明741TablePageText深度分析专用设备图5纤纳光电茶电互补地面电站示范项目图6纤纳光电建筑光伏一体化BIPV示范项目数据来源纤纳光电公众号广发证券发展研究中心数据来源纤纳光电公众号广发证券发展研究中心钙钛矿产业化进展加速国内企业争相布局根据各家官网以及公众号的披露纤纳光电已实现首批组件发货这也是全球首款钙钛矿量产商用组件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协鑫100MW钙钛矿生产线开始试生产无限光能启动10MW级中试线建设预计2024年建成100MW级商业化量产线极电光能150MW钙钛矿光伏生产线正式投产运行脉络能源在广东佛山建成并运行一条中试线正在进行100MW大面积钙钛矿光伏组件生产线设计并计划在年底完成生产线建设万度光电总投资高达60亿元的钙钛矿太阳能电池项目已正式落地该项目共分为两期第一期建设一条200MW级可印刷介观钙钛矿太阳能电池大试线顺利量产后计划扩充至10GW表1部分企业钙钛矿电池产业化进展截至2023年2月企业名称产业化进展2023年2月16日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研仁烁光能发中试线已全线跑通2022年7月28日首批组件发货此次发货数量为5000片用于省内工商业分布式钙钛矿电站是全球首款钙钛矿量纤纳光电产商用组件2021年6月其总投资高达60亿元的钙钛矿太阳能电池项目正式落地该项目共分为两期第一期建设一条200MW万度光电级可印刷介观钙钛矿太阳能电池大试线顺利量产后万度光能计划扩充至10GW协鑫光电2021年昆山协鑫100MW钙钛矿生产线开始试生产1m2m组件已经下线测试光电转换效率提高至182022年6月完成数千万元天使轮融资融资将主要用于大尺寸钙钛矿太阳能电池组件试验线的建设扩充研发及量产技无限光能术团队将启动10MW级中试线建设进一步优化工艺参数建立标准化操作流程培养工艺技术人员预备2024年建成100MW级商业化量产线2022年12月8日极电光能150MW钙钛矿光伏生产线正式投产运行根据计划该产线将陆续向市场推出发电石材极电光能透明发电幕墙光伏屋瓦等全系列高性能钙钛矿BIPV产品和钙钛矿标准光伏组件产品达产后年产值可达3亿元2022年11月完成数千万元的天使轮融资在广东佛山建成并运行一条中试线公司正在进行100MW大面积钙钛矿光伏脉络能源组件生产线设计并计划在年底完成生产线建设数据来源各公司公众号广发证券发展研究中心识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明841TablePageText深度分析专用设备目前在钙钛矿产业化进程中最亟需解决的两个问题是1大面积钙钛矿效率损失严重钙钛矿大面积制备到目前为止小尺寸钙钛矿电池效率超过250预计在不久的将来将超过260然而小尺寸钙钛矿电池对于工业制造和实际应用意义不大开发高效大面积钙钛矿太阳能组件是实现商业化不可缺少的一部分而钙钛矿薄膜的不平整性会随着组件面积增加而放大从而导致大面积钙钛矿平整度问题凸显效率低下目前钙钛矿单结太阳能认证最高效率为256远低于其肖克利-奎瑟S-Q极限最大理论效率30钙钛矿太阳能电池效率仍有很大提升空间图7单结PSC的SQ限制和电流最高效率的比较数据来源BuriedInterfaceModificationinPerovskiteSolarCellsAMaterialsPerspective广发证券发展研究中心大面积钙钛矿组件对比小面积组件效率损失较为明显极电光能756cm2大面积钙钛矿组件光电转换效率为1820相比之下小面积组件中众能光电6158cm2钙钛矿太阳能电池光电转换效率为2008曜能科技25cm2钙钛矿晶硅两电极叠层太阳能电池组件光电转换效率为2957纤纳光电1935cm廉价金属电极结构钙钛矿组件光电转换效率为2180无限光能10053mm2钙钛矿太阳能电池光电转换效率为2467表2部分企业钙钛矿电池最新认证光电转换效率截至2023年2月企业名称光电转换效率最新认证认证钙钛矿组件仁烁光能2900全钙钛矿叠层纤纳光电21801935cm廉价金属电极结构钙钛矿曜能科技295725cm2钙钛矿晶硅两电极叠层太阳能电池识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明941TablePageText深度分析专用设备众能光电20086158cm2钙钛矿太阳能电池无限光能246710053mm2钙钛矿太阳能电池极电光能1820756cm2钙钛矿太阳能电池脉络能源4472钙钛矿室内光伏电池数据来源各公司公众号广发证券发展研究中心2钙钛矿稳定性有待提高寿命问题钙钛矿材料由于其特殊的结构以及特殊的材料构成存在不同程度的分解现象尤其在高温高湿度强光富氧等条件下钙钛矿分解过程会被加速同时钙钛矿电池存在离子迁移问题在电场作用下钙钛矿中可移动离子会朝着特定方向迁移并在一定区域聚集导致局部化学掺杂效应改变聚集区域费米能级的位置影响了电荷载流子的传输如何提高钙钛矿的稳定性是钙钛矿产业化发展的关键结合前文对产业化钙钛矿电池组件效率的分析可以发现产业界目前重心更多放在效率提升稳定性方面纤纳光电协鑫光电分别通过相关测试目前钙钛矿稳定性发展进步空间较大表3部分企业钙钛矿电池稳定性测试情况截至2023年2月企业名称钙钛矿稳定性测试2019年12月产业化初期针对材料与工艺的前期测试公司首次通过了湿热温度循环UV老化及光老化测试4项纤纳光电IEC稳定性核心认证2021年2月又通过了钙钛矿组件稳定性多倍加严测试2023年1月成功通过百兆瓦级产线下线的钙钛矿商用组件稳定性认证2022年6月7日1m2m组件顺利通过冰雹测试进行了双85湿热LeTID等测试并开展了前期的千瓦级户外应用协鑫光电测试数据来源纤纳光电协鑫光电公众号广发证券发展研究中心为了解决钙钛矿大面积组件效率损失及稳定性问题科研界与产业界在材料工艺设备等多角度发力本文将从材料角度探讨科研界与产业界双重视角中钙钛矿太阳能电池的性能提升方向识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1041TablePageText深度分析专用设备图8钙钛矿材料提升体系本文结构梳理数据来源广发证券发展研究中心识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1141TablePageText深度分析专用设备二功能层材料主体材料趋同掺杂材料各显神通根据前文所述钙钛矿电池主要由以下几个功能层组成透明导电氧化物TCO电子传输层ETL钙钛矿层空穴传输层HTL和背电极本章将对每个功能层涉及的材料逐一分析1透明导电氧化物TCO产业界目前主流TCO为FTOTCO导电玻璃具有对可见光的高透过率及高导电率常见TCO主要是ITO锡掺杂氧化铟和FTO氟掺杂氧化锡ITO具有优异的导电性和透明性并能阻挡有害射线通过增加氧化铟的用量可以提高ITO的透过率但是具有铟这一稀有金属FTO虽然导电性能略差于ITO但其凭借成本低耐高温性能工艺简单等优势成为目前产业界主流应用材料科研界TCO可替代选择包括AZO铝掺杂氧化锌IZO氧化铟锌其中AZO成本较低IZO具有高载流子迁移率且能改善水分稳定性Tiwari等人制作以AZO为透明导电氧化物的半透明钙钛矿太阳能电池转换效率为161开路电压高达1116V并且具有良好的热稳定性和光稳定性2电子传输层ETL电子传输层承担传输电子阻挡空穴的作用理想情况下应用于钙钛矿太阳能电池的电子传输层需要满足以下条件满足高透射率的宽带隙以确保钙钛矿材料的光吸收最大化适当的能级与钙钛矿层能级匹配和较高的电子迁移率确保有效的电子注入和输运光化学和热稳定的表面保证钙钛矿太阳能电池的长期稳定性无针孔的均匀膜形态为钙钛矿提供更好的生长基底低成本设备灵活的低温制备工艺电子传输层材料分为金属氧化物及有机化合物目前以氧化锡为主有机化合物为重点研发方向金属氧化物如氧化钛氧化锌氧化锡氧化镍等有机化合物如富勒烯C60C70及其衍生物PCBM等和基于NDI萘二甲酰亚胺的小分子等产业界刚开始以氧化钛为主但是发现氧化钛有紫外光催化的特性会影响钙钛矿电池的寿命后面发展为氧化锌但是锌会和钙钛矿发生反应因此现在产业界基本确定了氧化锡为电子传输层的主体材料目前产业界也在开发有机化合物作为氧化锡的替代物或者增加一层有机化合物为钝化层改善性能识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1241TablePageText深度分析专用设备图9典型的有机电子传输材料数据来源钙钛矿太阳能电池电子传输层的研究进展韩飞等广发证券发展研究中心电子传输材料需要与钙钛矿层满足能级匹配电子传输层的基本作用是与钙钛矿吸收层形成电子选择性接触需要满足能级匹配提高光生电子抽取效率并有效地阻挡空穴向阴极方向迁移ITOFTOC60富勒烯ZnO氧化锌TiO2二氧化钛C60-SAM富勒烯衍生物PCBM富勒烯衍生物C60-bis富勒烯衍生物ICBA茚与C60双加成物与甲胺铅溴钙钛矿材料能级均匹配除ICBA外其他图示电子传输材料与甲胺铅碘钙钛矿材料能级均匹配图10常见电子传输材料的LUMO导带能级示意图数据来源钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展丁雄傑等广发证券发展研究中心识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1341TablePageText深度分析专用设备可采用元素掺杂共混策略改善无机电子传输层的导电性能目前常用的元素掺杂方法可分为等效阳离子掺杂和非等效阳离子掺杂两种例如Sandhu等人采用Zr44掺杂的致密TiO2作为ETL发现Zr掺杂可以提高电子导电性减少电子陷阱态从而抑制非辐射重组与元素掺杂类似共混策略使无机电子传输层具有更少的内部陷阱态更好的导电性以及与钙钛矿更合适的水平匹配石墨烯量子点GQDs由于其优异的光学和电子性能易于修饰和高光稳定性已成为与无机半导体共混的一种选择公开专利资料显示协鑫光电与2018年申请的钙钛矿电池及其制备方法专利中电子传输层材料为氧化锡表4部分企业钙钛矿电池电子传输层相关专利情况截至2023年2月企业名称专利号专利申请日期专利名称电子传输层协鑫光电201810236540820180321钙钛矿电池及其制备方法氧化锡数据来源SooPAT广发证券发展研究中心3钙钛矿层钙钛矿层作为钙钛矿太阳能电池的吸光层对电池的性能至关重要目前在产业界的研究主要可分为有机-无机杂化钙钛矿和全无机钙钛矿1有机-无机杂化钙钛矿a甲基铵卤化铅Kojima等人首次将甲胺铅碘CH3NH3PbI3MAPbI3和甲胺铅溴CH3NH3PbBr3或MAPbBr3作为敏化剂应用于液体电解染料敏化太阳能电池DSSCs中分别实现了38和31的光电转换效率此后甲胺铅碘MAPbI3作为最具代表性的钙钛矿材料备受关注b混合阳离子卤化铅混合阳离子钙钛矿充分结合不同阳离子的特性从而有效提高钙钛矿稳定性纯单阳离子由于其热稳定性或结构不稳定性在钙钛矿太阳能电池中的应用受到限制2014年Gratzel等人开发了第一种成分为MA06FA04PbI3的混合阳离子钙钛矿作为太阳能电池的光吸收层2全无机卤化铅尽管有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料具有高效率和优异的性能但其固有的不稳定性特别是对水分和热量的不稳定性仍然是其长期稳定性的关键挑战2016年MichaelKulbak等人对甲基溴化铵MABr甲基溴化铅MAPbBr3溴化铅PbBr2铯溴化铅CsPbBr3和溴化铯CsBr进行热重分析研究表明表明无机钙钛矿比有机-无机杂化钙钛矿具有更高的热稳定性识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1441TablePageText深度分析专用设备图11甲基溴化铵MABr甲基溴化铅MAPbBr3溴化铅PbBr2铯溴化铅CsPbBr3和溴化铯CsBr的热重分析数据来源CesiumEnhancesLong-TermStabilityofLeadBromidePerovskite-BasedSolarCells广发证券发展研究中心2015年Kulbak等人研究了第一个基于CsPbBr3的钙钛矿太阳能电池光电转换效率达595并进一步证明无机CsPbBr3钙钛矿在580时可以热稳定而有机MAPbBr3在220时开始失去质量钙钛矿层的主体材料相对确定MAPbI3重点在于各元素的配比掺杂材料的选择以及相关工艺万度光电于2014年申请专利显示钙钛矿层材料为有机-无机杂化钙钛矿而纤纳光电2016年申请专利显示钙钛矿层材料为全无机杂化钙钛矿目前产业界多选择甲胺铅碘MAPbI3作为钙钛矿的主体材料各家的核心在于不同元素的配比不同的掺杂材料以及相关的加工工艺表5部分企业钙钛矿电池钙钛矿层相关专利情况截至2023年2月企业名称专利号专利申请日期专利名称钙钛矿层有机两性分子改性的MzAyBXzy2钙钛矿一种两性分子改性的钙钛矿光电功万度光电20141002758372014121基光电功能材料以ABX3钙钛矿材料为能材料及其应用基体以有机两性分子M为改性成分一种基于钙钛矿材料的太阳能电池PbX2X是ClIBr三种元素中的任意纤纳光电20161008329712016-02-06及其制备方法一种数据来源SooPAT广发证券发展研究中心4空穴传输层HTL钙钛矿空穴传输层材料可分为无机及有机两大类其中有机空穴传输层可以进一步分为三种类型小分子聚合物低聚物识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1541TablePageText深度分析专用设备常见的无机空穴传输材料有NiO氧化镍CuSCN硫氰酸亚铜CuI碘化亚铜CuxO氧化铜氧化石墨烯等有机空穴传输材料如小分子Spiro-OMeTAD螺二芴DOR3T-TBDT聚合物P3HT聚三己基噻吩PEDOTPSS一种高分子聚合物的水溶液PTAA聚三芳基胺低聚物S197等常见空穴传输材料的能级图及其与钙钛矿吸附剂的排列如图所示图12各种常见空穴传输层材料与碘化物和溴化物基卤化物钙钛矿的能级数据来源Advancesinholetransportmaterialsengineeringforstableandefficientperovskitesolarcells广发证券发展研究中心从成本角度来看无机空穴传输层成本较优CuICuSCNNiOCu2O成本都在15千克美元及以下值得注意的是有机空穴传输材料中FDT成本明显低于其他材料从光电转换效率来看有机空穴传输层转换效率较高FDTPTAASpiro-OMeTADPEDOTPSS都在18以上值得注意的是无机空穴传输材料中NiO转换效率明显优于其他材料从开路电压来看有机与无机空穴传输层没有明显区别识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1641TablePageText深度分析专用设备图13钙钛矿太阳能电池中各种常见空穴传输材料的研究数据来源Advancesinholetransportmaterialsengineeringforstableandefficientperovskitesolarcells广发证券发展研究中心目前基本形成使用氧化镍作为空穴传输层的产业共识之前以小分子Spiro-OMeTAD螺二芴为空穴传输层的主要材料但是掺杂材料来改善性能之后各家均开发了不需掺杂的材料体系目前各家多选择氧化镍表6部分企业钙钛矿电池空穴传输层相关专利情况截至2023年2月企业名称专利号专利申请日期专利名称空穴传输层用于钙钛矿电池中空穴传输层氧化极电光能202011502509820201218氧化镍镍薄膜制备方法及其应用一种钙钛矿型太阳能电池及其修饰脉络能源201711281967120171207氧化镍层制备方法一种空穴传输层以及钙钛矿光伏组纤纳光电202110527250020210514氧化镍件的制备方法数据来源SooPAT广发证券发展研究中心5背电极钙钛矿太阳能电池可采用不同种类的背电极材料包括一些贵金属如金和银Ag较便宜的金属如铜Cu铝Al镍Ni钼Mo钨W等一些非金属电极如碳和透明导电氧化物TCO以及一些导电聚合物1金属在钙钛矿太阳能电池中由于金属具有较高的导电性和较低的反射率通常被用作电极材料虽然使用金和银作为背电极使设备效率更高但钙钛矿吸附剂与金银之间的反应会导致严重的设备退化且金银成本偏高低成本金属如铜Cu铝Al镍Ni钼Mo钨W等也被研究作为钙钛矿太阳能电池替代Au和Ag作为背电极材料然而金属作为背电极材料面临着与电子传输层或钙钛矿吸收层之间的各种界面化学反应金属合金也被用作背电极材料ZiyaoJiang等基于AgAl合金电极制备的钙钛矿太阳能电池光电转换效率为1175略高于Ag电极钙钛矿太阳能电池识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1741TablePageText深度分析专用设备1145远高于Al电极钙钛矿太阳能电池795此外与单独的银相比AgAl合金电极具有更高的热稳定性近年来除金属薄膜电极外具有优异透明度和良好电子导电性的金属纳米线透明电极MeNW也受到广泛关注MeNW电极具有溶液可加工性高透明度优异的导电性和稳定性然而由于金属卤化物的形成MeNW网络电极也存在化学不稳定性XuezengDai等人在空穴传输材料和AgNW电极之间插入了超薄的Au中间层避免了电极材料与含卤活性层的相互作用显著提高了器件的稳定性此外NiNW被认为具有作为稳定的半透明钙钛矿太阳能电池电极的巨大潜力2碳电极碳材料因其高度可调的结构低成本丰富的来源以及具有吸引力的性能组合例如出色的导电性化学稳定性和高载流子迁移率而备受关注碳电极材料主要分为三类包括导电石墨炭黑石墨烯和碳纳米管CNTChunyangZhang等人提出了一种创新的模块化架构设计其中三种碳源材料炭黑石墨片和石墨烯组合为背电极材料使用这种设计基于石墨烯的钙钛矿太阳能电池表现出最佳性能光电转换效率为1865即使在重复拆卸和组装超过500次循环后效率下降也可以忽略不计这种新颖的堆叠架构为未来钙钛矿太阳能电池的模块化互联提供了新的方向图14模块化G-钙钛矿随拆装循环次数变化的光电转换效率变化数据来源RearElectrodeMaterialsforPerovskiteSolarCells广发证券发展研究中心3透明导电金属氧化物TCO电极在钙钛矿太阳能电池两侧均使用基于TCO的电极通过结合钙钛矿和低带隙吸收剂识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1841TablePageText深度分析专用设备如硅或铜铟镓硒可以制造半透明钙钛矿太阳能电池和叠层太阳能电池4聚合物电极PEDOTPSS是一种导电聚合物具有高达1000Scm-1的高导电性可用于钙钛矿太阳能电池背电极材料通过使用抗反射涂层PEDOTPSS电极可以在不增加额外层或增加器件制造复杂性的情况下实现不同颜色的钙钛矿太阳能电池根据YifanWang等人的研究从FTO侧和聚合物电极侧照射时这些彩色半透明器件光电转换效率分别达到15和13图15PEDOTPSS作为顶电极图a及不同颜色钙钛矿太阳能电池图b数据来源RearElectrodeMaterialsforPerovskiteSolarCells广发证券发展研究中心ShiWang等人设计了一种灵活组装且易于拆卸的具有PEDOTPSS电极的钙钛矿太阳能电池通过在PEDOTPSS层中引入叔丁基吡啶和锂盐改善了界面接触促进了空穴传输抑制了电荷组合光电转换效率为1462同时该器件可以承受100多次循环的反复拆装试验且无损耗识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1941TablePageText深度分析专用设备图16PEDOTPSS电极钙钛矿电池与不同衬底堆叠及对应光电转换效率数据来源RearElectrodeMaterialsforPerovskiteSolarCells广发证券发展研究中心能级匹配方面电极和电荷传输层之间界面处的电荷转移效率取决于背电极材料的功函数背电极的功函数WF需要与接触电荷传输材料的费米能级匹配通常适当的能级范围为51至41eV表7钙钛矿电池背电极不同材料对比AuAgCuAlNiMoWCarbonTCOPEDOTWF功函数-4751-426-46-43-50-46-455-50-50eVITORsq方块电阻1111196511046-1809915100sq1数据来源RearElectrodeMaterialsforPerovskiteSolarCells广发证券发展研究中心成本方面金AuTCO作为电极成本显著高于其他电极材料对比之下CAlCuNiWMo等材料成本较低经济性更好图17钙钛矿电池背电极不同材料成本对比数据来源RearElectrodeMaterialsforPerovskiteSolarCells广发证券发展研究中心识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明2041