【研报】钙钛矿电池：光伏发展新方向，关注产业链动态变化---华西证券.pdf

【华西机械团队】 毛冠锦S1120523020001 钙钛矿电池光伏发展新方向，关注产业链动态变化 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 仅供机构投资者使用 证券研究报告 2023年2月26日 光伏设备专题报告 1 摘要 n钙钛矿优势显著多方关注度日益提升，市场潜力大发展空间广阔 钙钛矿太阳能电池（PSCs）具有可调节的带隙，高吸收系数和长的载流子扩散长度等特性，是最有发展潜力的薄膜光伏技术。钙钛矿材料在太阳能电池领域取得 了突破性的进展，通过改进钙钛矿材料配方、器件制造流程和高质量的成膜方法，小面积单节钙钛矿太阳能电池光电转换效率持续突破新高，钙钛矿领域的研究已 进入规模化生产的探索阶段，代表企业有协鑫光电、纤纳光电、极电光能等。但目前钙钛矿电池的制备仍存在稳定性、铅污染及大面积制备效率尚低等 。 钙钛矿材料占总成本比例小，设备投资额有望进一步降低。 协鑫光电 产业 ， 生产 件成 小 ， 量产 件成 ， 低 生产成 。 的产能 料、 、电池、 件⁄ƒ在 currency1 “而协鑫钙钛矿的第一 的设备 投资 ， 能投资额 。 n钙钛矿光伏电池的 备 ，钙钛矿吸光 是 备 的节。⁄ ，钙钛矿吸光 的 备是最的节。 钙钛矿 高效钙钛矿电池的‹›件fi钙钛矿fl –†‡， ， ，‚„， ”和 ”取‰质量 高。 钙钛矿 膜的大面积制备，ˆ ˜制大面积 膜 性 ˘˙ ⁄和 低 膜的˚ 仍˝fi˛ˇ 。目前 ‹ 3 钙钛矿的研究，大面积通 。 空ƒcurrency1 （ ） ˛fi 和有 化 有Ł化，Œ化，Ł化 ⁄和 化 ı ⁄、˛fi ˆ ıı、 ł 等⁄。 fiŁ化 ，通 œ 、œ 制备 fi VD法制备。选择 ł 等有 ， 刮 fiœ 制备。 电子currency1 （ ） 有材料通 蒸镀 ， Ł化 ，通 气象沉积 ˆ VD R D设备、材料括ł 2、 Z 、ı 2 、 X 、 2 3、 富勒烯极 衍生 等。 “电‹非 电极fi透明导电Ł化– ł ⁄，通 使 ł 和Fł 。Fł 可 耐 高温， ‹ 烧ł 2 的场 ，比ˆ介孔–， ł 2 作 电子传 输–的器件。 ł 的透光性和导电性优 Fł ，但不耐高温，通 低温和柔性器件。通 VD磁溅射制备。 ›电‹括 电极和碳电极。 电极通 真空蒸镀、磁溅射镀制备；碳电极通 法。 n设备fifl –†益，关注 ‡ 。下游企业加速 局百兆瓦 试 ，大面积制备已具备˛定基础，部分企业 产 已提上日程。产业发展处 阶段， 我们认 设备企业有望率先受益，捷佳伟创、德龙激光、京山轻、大族激光等走在前列。关注 他领域的 、真空镀膜等设备公司可能在钙钛矿电池领域的 动态。 n投资‚鉴 行业 处 ， 大 ，我们 行业 。 n†益„的捷佳伟创、京山轻、德龙激光、大族激光、 激光、 、 、 、 德、 上 ⁄等 n”提钙钛矿电池产业化进不及 ；行业 加 ；下游行业 气不及 ；公有⁄。 2 目录 钙钛矿电池行业概述 一 钙钛矿电池工艺与设备 二 钙钛矿电池产业链分析 三 四 投资建议、受益标的及风险提示 一、钙钛矿电池行业概述 3 4 钙钛矿电池第三代太阳能电池 n太阳能电池是指可以有效吸收太阳能，并将其转化为电能的半导体部件。目前太阳能电池已发展至第三代。1）硅晶太阳能 电池以单晶硅、多晶硅为代表，是目前技术发展成熟且应用最广泛的太阳能电池，但仍存在单晶硅太阳能电池原料要求高 及多晶硅太阳能电池生产工艺复杂等问题；2）化学薄膜太阳能电池主要以碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、铜铟镓 硒（CIGS）为代表，相较晶硅电池所需材料少易于进入量产化阶段，但仍存在部分金属材料价格昂贵、材料纯 要求高的 问题； 新型薄膜太阳能电池主要 料 化太阳能电池（ SSCs）、钙钛矿太阳能电池（PSCs）量 太阳能电池 （ SCs）等， 、成 等 ， 产 的广泛 n钙钛矿 化 为CaT 3 的以及⁄ 为CaT 3 ƒ的金属化 发展currency1，“ ‹成为化 为A›fi 3 的 的术fl， –†‡ƒ，“材料 高 电、‚„” ‚ 、‰ 工成等 “太阳能电池是 用“的 ˆ金属˜化˘‡˙为 材料的太阳能电池 图表钙钛矿晶格结构图表太阳能电池分类及效率 资料来源NREL，低成本制备⾼效率钙钛矿太阳能电池的研究（吕凤），华西证券研究所 5 钙钛矿电池第三代太阳能电池 n钙钛矿太阳能电池基本原理 生˚ 应 工˙ˆ ‡‰以分为˝˛ˇ， ˇ（产生 ）、 ˇ 、 ˇ（分 为电 ）、„” ˇ 电 ˇ ‹ˇ˝˛ˇ ， 电 ˇ电 ， ˇ 阳 ， 成电 ，电池ŁŒ„ƒ成 ， 成电” n常见高效钙钛矿太阳能电池结构是透明导电氧化物（FTO或ITO），电子传输层（ETL）、钙钛矿吸光层、空穴传输层 （HTL）、金属电极（背电极）。 电 Ł ı，‰分为 ƒ电池（ ł）Ł ƒ电池 ł ； 电 的 œƒ，‰分为 ƒ †ƒ 介孔结构 用T 2 ˙为 架，相较 †ƒ 果好、接触†积大、成膜均匀 滑 但 于工艺复杂、能耗 高，或 于大规模量产 正式（常规）结构无 电 ，更简单灵活，减少了500℃高温煅烧T 2 的步骤，但相较 ƒ 略 反式（倒置）结构ƒ成为˘电玻璃基地上先HTL、“ 、ETL及金属对电 ，工艺简单、成膜温 、 成 ，是目前产 化进 的主”ƒ 图表钙钛矿电池结构及作用、特点图表钙钛矿电池发电原理示意图 资料来源钙钛矿太阳能电池缺陷钝化技术的研究进展（钟东霞），钙钛矿太阳电池综述（施光辉等），晶体硅太阳能电池物理（陈哲艮），华西证券研究所 钙钛矿电池结构作用及特点 透明导电氧化物 （FTO或ITO） 起透光和导电作用，同时满足高透过率、高迁移率和低方阻 的要求；透过率85以上，目前已成熟和应用 电子传输层（ETL） 具有较高电子迁移率，便于接收由钙钛矿层传输的电子，并 将其传至光阳极中 钙钛矿吸收层 有机金属卤化物钙钛矿为核心，吸收材料属于直接带隙半导 体，具有高效光吸收性能；钙钛矿层吸收光子产生激子，由 于非常低的库仑力束缚，在室温下激子 成 由 的电子和 。 空穴传输层（HTL） 钙钛矿层 接 ， 传输 金属电极目前 应用于高效钙钛矿 阳电 电极的 金和 图表钙钛矿电池三种主要结构 6 钙钛矿电池第三代太阳能电池 n钙钛矿太阳能电池 可 为 结电池 结 层电池。单电池相较于多叠电池 更 ，主要为 † ƒ，目前 在市场上广泛应用 多叠电池则主要 ˇ叠方 ŁHJT、I›C等电池组，实现 谱互补，‰以突破 统晶硅电 池理论 限， ˚电池转换 目前 端叠电池 ‹突破28 钙钛矿晶硅 层电池结构有 。2 T叠电池又称 成一‡化ƒ，是 在硅电池上生‚“电池， 用 间连接 ˛ 电池；4 T叠电池又称为ˆ械堆叠ƒ，是 将带隙较大的“电池˙为顶电池，将带隙较小的晶硅电池˙为底电 池， ˇ简单堆叠 成叠电池，顶电池 底电池分别保留其 ，ƒ成4˛终端ƒ 另，还 谱分 的四端叠 电池、射ƒ的四端叠、三端叠等 图表钙钛矿/晶硅叠层（2-T）电池效率进展 图表在HJT电池表面涂覆一层做钙钛矿电池 资料来源钙钛矿/晶硅叠层太阳电池关键材料与技术研究进展（李梓进），华西证券研究所 图表钙钛矿/晶硅叠层太阳电池结构 单位电池结构效率Eff 时间 中心钙钛矿 282⁄2 ƒ应用currency1“‹›钙钛矿 fifl –†222⁄2 ‡光 钙钛矿 ，2–2522⁄2⁄2 种类介绍 图例 机械堆叠 的四端叠 层电池 （4-T） 将两个子电池独立制备后堆叠在一起，相互之间只有光学耦合作用‚ „”层电 电极有较高的要求，要求„电极中其中‰为透 电极，光 电极要具在ˆ光˜˘˙的高透过，中 电极 要具在˚光˜˘˙的高透过‚ ˝ ˛ˇ的 ˝ 子电 的 ，能 用 的 ‚„”层电 在 作过 中， 子电 以 在 率˝，˛ 电 带隙 的Ł ， 电 带隙为 Œ2 ，层电 能 较高的效率‚ ˝ 用„”ˇ 率电子ı 要 ， 应ł，电成œ将高‚ 两端叠层 电池 （2-T） 在晶硅电池上直接生长钙钛矿电池，中间通过复合层或隧道结将两个 子电池串 起 ˝ „”层电 ， ”层电 要 ˆ光˜透 电极，有 于降低 造成œ‚ ˝ ”层电 Ł 首先串联电 的电流由 子电 中较小的电流 决定， ， 两个子电池 有 的电 ‚其次， 电 直接沉 积在底电 上，要求 电 能层的 能影响底电 的性能，同 时电 表 成为 电 的衬底，传统绒 ˇ的 底电 为 高性能钙钛矿电 带来 挑战‚ 7 钙钛矿电池优势显著极限效率和发电量高 n钙钛矿电池光电转化效 理 极 高 晶硅电池。 权威测试ˆƒ德国哈 太阳能 所（IS H）测 ， 单晶硅 太阳能电池理论 限转换 为24 5，HJT电池理论 限转换 为2 5，T C 电池理论限转换 为28 单“电池理论 限转换 高 ，“ “ 限高 5，三 “理论 限45 “电池转换 限高主要原 在于其 带 、“材料带隙 ‰以及无组 ˇ 的带隙 的 ˇ少 A I 3-x › x ，的化‰实现带隙 5⁄2 e连ƒ‰ 可 ˇ A、› ficurrency1量‰以 ı组分“材料，对应“材料的带隙及能“分‹› 相ı， ˇ 对“进fi组分 fl，‰实现带隙连ƒ fl， ‹–†了“‰以广泛应用在发 、 ˚ ‡等 上大 理Ł‚„ ”‰ 表 用带隙为 2e的“Ł 2e的晶硅，理论叠 高4 图表钙钛矿带隙宽度适宜且可调图表不同太阳能电池理论极限转换效率对比 资料来源交⼤，协鑫光电，⾼效钙钛矿太阳电池及其叠层电池研究进展（刘璋等），观研天下，华西证券研究所 0 10 20 30 40 50 晶体硅电池 普通单晶硅电池 HJ T 电池 T OP C o n 电池 钙钛矿单层电池 晶硅 / 双节叠层钙钛矿电池 三节层钙钛矿电池 图表宽带隙钙钛矿半透明电池及晶 硅叠层电池器件性能 8 钙钛矿电池优势显著极限效率和发电量高 n钙钛矿电池发电 高主要原 在于其ˆ减˜、 温 、 高且˘ 应好 “电池无 I 应ŁLI 应 I 应又称电 ˙˘ˆ减，电池Ł其接地金属 ˚间高电˙用 ˝现 ˛ˇ，大量电 于电池表† 其表†化，最终˘ 组 LI 应是 ˆ减 应，一 发生于 硅˙的电池 但 I、LI 应 ‰ “的发电量 电表 ，目前大多先进实 ‹ ‰以实现“组 连ƒ工˙currency1少 000小 ˆ减， 电 00 产 产的 用 将 ˇ25 有 相较晶硅 ˛量“，高温 较 晶硅组 的温 是 0 Ł， 温 Œ上 ， 0 “的温 为 0 00 ，接 于0， 实 发电 ‰ 高于晶硅 吸收 高 是 在单 及单 的 “ 为 ，晶硅电池 ı 0 3 - ， “ 0 5 - ， 高，˘ 应，‚及 ł等˘ 转换 更高 图表钙钛矿温度系数接近于0图表不同半导体材料光吸收系数及波长关系 资料来源信息维库电⼦市场⽹，界面， ，华西证券研究所 9 钙钛矿电池优势显著成本低 n钙钛矿电池 晶硅电池 本、⁄本 。“太阳能电池的耗 ‰减少，一‡化工大œ 生产 成 晶硅电池需要currency1少在四˛ ı的工分别Œ工硅料、硅、电池、组 ，单 currency1少需要 ‚以上，ı 还需要大 量的 、 成 等 的，“太阳能电池的生产”较为简单，ı需45分 ‰将玻璃、 膜、 材、化工原料等在一˛工łŒ工成组 大地缩短了耗 ，简化了”，价高 ，成熟期 单G 投资成 将 currency15亿元 “材料占 成 比 小，以 电 00 产 为 其生产 组 成 小于 元/， 5 0G “别量产 组 成 currency10 5 0 6元/ 远 于晶硅生产成 元/ n钙钛矿电池⁄能 ƒ为晶硅⁄能 ƒ的currency1半，本currency1“ 。 电，晶硅 G的产能（包currency1硅料、硅、 电池、组 ）投资额在 0亿元Ł， “的第一 00 的设产 投资在 亿元Ł， G产能投资额规模化 之 约为5亿元 图表钙钛矿电池流 、 资料来源华 ，协鑫光电，华西证券研究所 电极材料 ƒ 钙钛矿 ƒ 能动currency1 ƒ 定ƒ产“ ƒ ‹currency1成 ƒ ›fi及 他fl 材料 –ƒ 图表 00 件 构 10 钙钛矿电池优势显著应用范围广 n钙钛矿电池‹›fifl –†‡。钙钛矿电池可以fifl IP 。 1）透光 能，光 高虽然 统晶硅组 较高转化 ，但在›I 场景应用 ， 于组 接 照角 、无法 最佳 照 组 转化 “电池基于其˘ ˜能，能在˘ 更高 电转换 ，安装要求 ， 发电 间更‚ ı 统晶硅组 须 ˇ电池排改透， “ 更高透 ‚）„”结构 化‰ 在›I 应用 涉及弧†等多种 态 “既‰以 取刚˜基板，又‰ 用柔˜基板， 易于Œ工成弯曲径更小的弧† 状 ）„” 化 ›I 建筑对色彩要求较高， 统晶硅组 多为蓝色，色彩单 ， “则‰ 颜色，满足 市场对色彩的多样化需求 ˆ）˜型 统电池重量大，对建筑的支撑要求高，建造成 高； “电池 重轻，建造应用 成 及难 均较 n钙钛矿电池可fl ˘˙光 ˚。 于“ 高˘ ˜，较 ‚气 仍‰维持稳†发电 目前现代汽车、‚城汽车、 斯拉等均 局车顶 ˚ 图表光 图表 用 资料来源 能源 ⽹，华西证券研究所 11 钙钛矿电池小面积实验室效率进展飞速 n钙钛矿‚ ˝˛ˇ， 型钙钛矿 效 展 。 结钙钛矿电池2009 日 科 家首次 ˝，初始实 为 8，20 韩国蔚山国立科技 所首次 突破20，截currency12022 currency125 6 硅 钙钛矿 层太阳能电池20 8 牛津 ˚首次 ˝叠 太阳能电池， 为28，远高于当期单“电池 2022 ，北京曜能科技 限公司 发团队 发的小†积“ 叠电池 电 2 44，创国ł转换 记录 钙钛矿 层电池在2020 国能 部国家‰ 生能 实 ˝， 为2 目前国ł 能团队所 发的 “叠电池转换 高 29 图表钙钛矿 效率进展 资料来源NREL， 资料，华西证券研究所 时间 电池 效率 2⁄⁄日œcurrency1家 单ˇ钙钛矿 阳能电 38⁄ 2⁄韩国成均馆 课题‹ 单ˇ钙钛矿 阳能电 Œ5⁄ 2⁄2‡ fl nry Snatith 单ˇ钙钛矿 阳能电 54⁄ 2⁄Œ瑞士洛桑联邦理 院 单ˇ钙钛矿 阳能电 Œ⁄ 2⁄7 韩国蔚山国立currency1技“所单ˇ钙钛矿 阳能电 22⁄ 2⁄8中国currency1院半导体“所课题‹单ˇ钙钛矿 阳能电 237⁄ 2⁄8‡光 钙钛矿层 阳能电 28⁄⁄ 2⁄韩国化技术“所 单ˇ钙钛矿 阳能电 255⁄ 2⁄2⁄ 中心fiflZB† 钙钛矿层 阳能电 25 2⁄2⁄‡光 钙钛矿层 阳能电 252 2⁄2⁄ 美国能源部国家 再生能源 验 室 全钙钛矿层电 23⁄ 2⁄22中国currency1院半导体所 单ˇ钙钛矿 阳能电 25Œ⁄ 2⁄22 瑞士洛桑联邦理 瑞士电子 微技术中心 钙钛矿层 阳能电 33⁄ 2⁄22南京 谭海仁教授课题‹全钙钛矿层电 28⁄⁄ 2⁄22仁烁光能团队 全钙钛矿层电 2 2⁄22普 斯顿 积钙钛矿层电 27⁄ 2⁄22南京 谭海仁教授课题‹ 积钙钛矿层电 242⁄ 2⁄22北京曜能currency1技“发团队 钙钛矿层 阳能电 3244 2⁄23澳洲国立 fiANU† 串联-钙钛矿 阳能电 3⁄3 图表钙钛矿电池效率进展 12 钙钛矿电池产业化受限，已有部分解决方案稳定性 n目前钙钛矿电池⁄ 化 的 。 可 为 部原 Ł部原 1） 部原 主要是“电池 的 易 、Œ 或温 化、 照 等 ‚）Ł部原 包 、电 材料对“稳†˜的 对“材料稳†˜涉及 材料 分 、晶‡ƒ转、相 晶 化等 光对“材料的分 包 方†，首先是 照 气 ı˙用 “材料产生 生电 Ł气产生 ，其化˜ 稳†˜Œ “材料分 ；其次是持ƒ 照 拉 谱发生化， “材料ƒ发生化 传输层Œ电极 的 。在 ƒ T 2 、 等在 照 产生 生 化分 “材料，且 ˜ ˙用，Œ “分 Ł 化 电 材料 金、 、 等， ˇ˙用进入“ 分 “；ı ，“材料 的˜ currency1金属电 ， 造成电 材料的 造成 ˜能ˆ减 n 有 ‹ ı ） ł部稳†˜ ˇ 化“材料、 及电 材料稳†˜， Œ 等；2） 理 化 题组 用 步理法 化“表 晶 ，将 currency1 5 2 ； ） 用 装工艺部 需满足化 ⁄˜、 ‚ƒ ƒƒ 、 currency1 ˜等 图表光 钙钛矿材料分 理图表钙钛矿太阳能电池 性 资料来源钙钛矿太阳能电池 研究进展及 化 （ 等），华西证券研究所 图表温度对钙钛矿材料 13 钙钛矿电池产业化受限，已有部分解决方案效率尚低 n目前钙钛矿电池⁄ 化 ł œ效 的 。 大†积““膜技术的 进展‹›fi等fl一 „ –，目前“膜太阳能电池†积Œ Œ一˛量“， 电转化 约 0 8 有 ‹三原 ）““膜 大†积工艺多元化且 成熟，˘“膜均匀 较 † Œ， 多；2）Ł ƒ相 的 照†积减小， ˘ 组 短 电”‡ 减小； ）大†积进fi 易产生电ƒ 耗、 †积大 目前 ł薄膜 œı 有 布 、狭缝 布 、喷 、喷墨打印 、气象沉淀 等。在‚„法 存在„ ”膜 的问题，目前 用对˜的设“前‡‰ 组分 大†积““膜；„法 于 大小 积 ˆ†˜大˘ ˜积 须 多 能保˘˙，原料用 且部分 ，目前 ˇ ˚发˜ ˝ 入fl˚发 „ ˛ 激光划线工艺将薄膜模组 割为子电池。Œ˛电池 ˇ 一 、 2、 ，其 最currency1 最为 ， 小， 发电†积 大，转化 高 目前 ˇŒ 高设 、对工艺实 等减少†积 图表涂⁄ƒ涂度currency1度关系图表不同类“太阳能电池 ‹›器件面fi关系 资料来源⼤面 钙钛矿 制备技术的研究进展（ 等）， 资料，华西证券研究所 图表钙钛矿fl 示意图 14 钙钛矿电池产业化受限，已有部分解决方案Pb污染 n目前钙钛矿电池⁄ 化 水溶 铅污染的 。“电池 的 主要 ）ˇ currency1 ，且 为较的““膜， 的currency1量较高， 留的 化 （ I 2 ） 成 ⁄ ， “晶，ı ˙˘更多 能“ ， ı Œ ˆ减；2）“电池 理 当，其 留的 化 入 进入 ，相对于其 活代入 的 ，其˛ˇ˜高 0 以上 碘化铅 有水溶 。晶硅fi 用 量远高于“fi 在晶硅组 ， 用currency1 带， 接是铜Ł„ ， currency1量 ˇ 0 ，一 一晶硅组 的currency1约为 8Œ； “组 的currency1量 足0 0 ， ˇ2Œ 但晶硅太阳能电池组 的 ƒ成化 ， 于 ；“ 的化 于 ， ˝ 易造成 目前无 钙钛矿完 去铅化。目前 多种 工艺，在电池表†包˙透 膜， 电池 化 理 当或 地 ，或包 材料 ；及ł 成 的 基 ı，将支架ł的 †化 图表钙钛矿– † 0 ‡ 理图 资料来源 L，⁄⼤，华西证券研究所 图表 钙钛矿材料‚„种” 15 钙钛矿电池资本入驻叠加政策支持，关注度日益提升 n‚ ‚‚˛钙钛矿企 频繁获本青睐 2022 2 电ł成5亿元›œ资， 投资、 杉 国、I G资 三家投，川”投资等ˆƒ跟投，将用于 ł善 电 00 大尺寸“组 产的工艺 设开发 电 能ł成2 2亿元 e Aœ资， 宣2022 2 50 生产 投产 2022 0 能ł成亿元 eAœ资， 三fi资 投，用于 50 “组 量产落地 2022 脉络能 ł成千万元‚ œ资， 国思创投， œ资主要用于 试 建设， 继ƒ进fi更大尺寸、更高 、更‚ 的产 发 n钙钛矿电池发展受国家政策支持。 相 政策陆ƒ˝台，为“电池产 化发展 供 支持 在2022 0 发 的 于促进 ˚产 健康发展 事项的 知fl ˝突破高 晶‡硅电池、高 “电池等 成 产 化技术 图表2022‰钙钛矿主要 资料来源ƒ 研究currency1，华西证券研究所 图表–钙钛矿电池ˆ˜˘ 公司融资轮数金额主要投资企业 纤纳光电D轮 - 招银国际、杭开集团 协鑫光电B轮 5亿 淡马锡投资、红杉中国、IDG资本、川流投资 极电光能Pre A轮2.2亿 碧桂园创投、九智资本、建银国际、云林基金、稳晟科 技 仁烁光能Pre-A轮数亿元 三行资本、中科创星、苏高新创投、金浦智能、险峰长 青、云启资本、中财 基金 无限光能 轮数 元 资本、 投资、碧桂园创投 光晶能源 轮3000 投资、创新 、 资本 脉络能源 轮数 元国新 创、 创资本、国 三新、高 资本 众能光电- - 资本 曜能科技A轮 数 元高 资本 发布时间政策名称 内容 2023 1 能 电 ⁄ ƒ高currency1 “技‹› Nfi电池、fl –† 电池、钙钛矿叠层电池‡ƒ技‹ ›‚„” 能‰ 2022 10 ˆ ˜ ˘ 通˙ ˚ ˝˛ˇ› „ › 高currency1晶 体硅电池、高currency1钙钛矿电池‡ 本 技‹› 电 本 currency1 2022 8 科技 峰 中 ˇ 2022-2030 高currency1硅基 电池、高currency1稳 钙钛矿电池‡技‹› 中 Ł Œ 技‹ 高currency1 电池、 高currency1稳 钙钛矿电池‡技‹ 2022 8 电‰ 创 新 行 TOPCon、HJT、IBC‡晶体硅ı 能电池技‹ 钙钛 矿、叠层电池 ł技‹ ›开 智能 œ 行 2022 6 五”可再生能 „ 开 新fi高currency1晶硅电池、钙钛矿电池‡ƒ高currency1电池技‹ › 大面积、高currency1率、高稳 钙钛矿电池 二、钙钛矿电池工艺与设备 16 17 钙钛矿电池生产流程及设备概述 资料来源华 ，协鑫光电，华西证券研究所 PVD设 备3台 阳极†‡–极†‡– 电极 涂布设 备1台 钙钛矿 激光设 备4台 激光P 激光P2 激光P3 激光P4 封装 设备 输入FTO玻璃，缓冲 层靶材 输入缓冲层 靶材 输入背电极 靶材 输入钙钛矿 涂布 输入背板玻璃，POE胶膜， 接线盒 n钙钛矿光电池的 œ ，ETL、HTL 钙钛矿吸光层是 œ工艺 的核心环节。其 ，钙钛矿吸光层的 œ是最核心的环 节。装是“ ˚组 生产Ł晶硅 ˚组 生产 相ı， „是“ ˚电池生产 独 的 ，主要用于“ 的 n钙钛矿层高 “电池的首要 是“ œ，均匀 ， 晶 ，˙ ，晶粒尺寸 晶粒取 量均较高 对于““膜 的大†积技术 何fl大†积“膜均匀˜（约500 ） “膜的 ‡ 仍然是一˛挑战。目前主要 于 A I 3 “ 的 ，大†积 用狭缝„工艺 n空穴传输层（HTL）第一 是无ˆ ˆ金属化（ 化铜， 化亚铜，化镍（N ）硫氰化铜CuSCN）、一 是 （ S、 TA等）是化镍， 用„、雾 或者 是用 法 选择 TA等 ˆ， 用„或是雾 n电子传输层（ETL） 为 ˆ材料 用蒸镀工艺， 为金属化 ， 用气象积工艺 或R 设、材料包 T 2、 、 S 2 、 X 、I 2 3、 富勒烯其衍生等 n非金属电极非金属电 是透˘电化（TC ）， 用IT T T ‰以currency1500高温，主要用于烧T 2 的场，比 ， 用T 2 ˙为电 的 IT 的透 ˜ ˘电˜ 于 T ，但 currency1高温， 用于 温柔˜ 用 磁fl溅射 n背电极包 金属电 碳电 金属电 用真 蒸镀、磁fl 溅射镀；碳电 用„法 图表 00 ˙流 及 ˚ 18 钙钛矿电池电子传输 传输 P 和 P n电子传输层 空穴传输层 工艺路径， 包括P D（包 括蒸镀 磁控溅射）、反fi等离子沉淀（RPD）两 工艺。 蒸镀真 蒸镀工艺是 在装 基的真 抽成真 ，Œ 镀料 其原 或疯 表†气化逸˝ 成蒸气”，入射currency1基表†，凝 成 态“膜该工艺‰实现大†积均匀积“膜，且稳†˜好、 良 高，在 认为是‰用于规模化生产“电池的工艺 磁控溅射应用于TC 、电 、 的 ‰实现 准把握“膜 ，但成 高 反fi等离子沉淀（RPD）用等 ‡枪产生的等 ‡， 其进入生‚腔 在磁场˙用 轰击 材，温 高 生化 成蒸汽 实现“膜积，积 果似于蒸镀该方 ‰镀凹槽、狭缝等复 杂ƒ，镀均匀˜好，量高 资料来源华“技，华西证券研究所 图表˝˛ˇ示意图图表 示意图 图表 示意图 子 - 高 高 高 纯高，沉底 ˘ 膜厚 ， 性 ， 膜 力 成膜 高， 沉 底的 P 小 制 高温 低温 低温 空 高 高 高 制 制 高 高 备 高 高 高 ⁄ ƒ 成熟成熟日œ ， currency1 膜 力 膜中厚„ 材 用率 “金属电极 传输层 电子传输层和 透 导电层 传输层 电子传输层 图表三种˝˛ˇ 对比 19 钙钛矿电池钙钛矿 n钙钛矿吸光层是光收集层，⁄电子-空穴 。 n“电池的 电转换 “膜的 电 ˜ “膜 œ的 很大 n多种成膜方法 断 开发用于高 的““膜， 的““膜方法包 一步法、 步法、 蒸发法、气相辅助 法、„法卷对卷印刷 技术、‰打印、狭缝„等 图表 钙钛矿 资料来源钙钛矿 制备技术及其⼤面 太阳电池ƒ的‹›（fifl ），钙钛矿太阳能电池 研究进展及 化 （ 等），华西证券研究所 制备‹ ›fi 旋 涂 法 一fl‹ 在 较常用的钙钛矿 膜的 方 ‚ 常 将P X 2 和 fl 3 fl 3 XfiX为 、Br、 † 定的物 的 高˝的极性fi⁄N，Nƒcurrency1“ fi ‹†、›fi˙flfi B–†、ƒcurrency1†‡fi S† †中，将物在 定的 温˘˙ ‚„”，以 成的钙钛矿前‰体 ‚ 将 在衬底上， 过ˆ˜理 所的钙钛矿 膜‚ 两fl‹ 将生成钙钛矿的 ˘前‰体的 过 为 ˙‚先将P X 2 ‹ S 高˝极性中， 将 在currency1底上 成P X 2 膜；˚将 的P 2 膜 A ‹A 的 ˝˛ 中， ˇ在P 2 膜上 A ‹A 的 ˝˛ ，ƒˇ 应 钙钛矿 膜‚ 气 相 沉 淀 法 –† ‹ 沉积 膜的 ˘常用方 ，用 源 发同时 P X 2 和 fl 3 fl 3 X ‚ 发，在 下其在衬底上沉积， ‚其 应 成钙钛矿 膜‚在 源 中， 以 过 ˘ 体的 发 率， ˘成 的 ，˚ 钙钛矿 的成 ‹成， 均 较高的钙钛矿 膜‚ ‡相 ‹ 将 P X 2 的 膜作为钙钛矿前‰体 于 fl 3 fl 3 X 中， ˇ 成 钙钛矿 膜‚ ‚„‹ ˘ 单的 膜 方 ，先在导电currency1底上 电子传输层的前‰ 并ˆ˜， 次上 作，再在电子传输层上 层前‰ 并ˆ˜ 钙钛矿层， 传输层 传输， 电极， 钙钛矿 阳 电 ‚ ”‰ Ł ˘非接 材料 Œ Ł技术， 以 的 沉积 的 ，其 理currency1于 的 作将 ı 衬底‚ ‰ ⁄ ł ł技术 在œ 下高 成、低成œ、 性钙钛矿 阳电 的 ˘很有前景的 ‚ 图表 钙钛矿 ˚示意图 a）刮涂法；b）狭缝涂布法；c）丝网印刷；d）喷涂；e）喷墨打印；f）双源共 蒸法；g）软膜覆盖法 20 钙钛矿电池钙钛矿 n 布fifl †，包括 、线棒、狭缝 布等。 ł钙钛矿 ⁄ 化 目前 采fl狭缝 布技术。狭缝„工艺‰ 于 锂电池、燃料电池、 晶‰ 等多 的 ‡造 狭缝„ ‰兼容卷对卷生产，是实现“电池产 化的重要方法 n„产壁垒主要在于ˆ械 （ † 、直 、粗糙 等）、 （ 、 等）„ 果（†‡尺寸、观等 等技术 标，对模 Ł” ı的‰化 方 、多种 料 „料 ı„的” 腔‡设 、基于 ‹ 络及 法实现„†‡ 的 fl统等技术要求较高 从fifl领域ˇ看 ı ı应用场景„模 设 需要 的 ‰ 别 从机械精 ˇ看“电池 “膜晶‡ „相当 资料来源–†‡ ，华西证券研究所 ˆ 子电池˜电池˘˙电池晶 ˚导 ˝˛ˇ 极 极 „ ˜电池 电极„ 钙钛矿电池 晶 „ ˇ „ ł材类ł材类平板类平板类平板类 水平居多水平居多竖直向下竖直向下竖直向下 中 稍严稍严严格苛刻 中 稍严稍严严格苛刻 ‡ 中 严格严格严格苛刻 Ł物 中 严格严格严格苛刻 „层Œ严格严格严格严格严格 „ 连续 接连续 接每片每片每片 † „层有 无 无 无 无 高 化腐蚀 电 化腐蚀化腐蚀化腐蚀化腐蚀 „ （， ı） ⁄-2⁄-⁄⁄-5⁄5⁄-2⁄⁄⁄-5⁄ „ （， ） 5⁄⁄-Œ⁄⁄2⁄⁄-35⁄32⁄-5⁄32⁄-24⁄3⁄⁄-Œ⁄⁄ 特 非‡顿流体非‡顿流体非‡顿流体非‡顿流体非‡顿流体 种类很多较较多 较 „层ł （ ， œ ） 4⁄-5⁄5-5⁄5-5 -⁄ 5-8⁄ ˆ 子电池˜电池˘˙电池晶 ˚导 ˝˛ˇ 极 极 „ ˜电池 电极„ 钙钛矿电池 晶 „ ˇ „ „ （ ）5⁄⁄-Œ⁄⁄2⁄⁄-35⁄32⁄-5⁄32⁄-24⁄ 3⁄⁄-Œ⁄⁄ （œ ）≤5μm ≤μm ≤3μm ≤3μm ≤μm 直 （œ ）≤5μm ≤μm ≤3μm ≤3μm ≤μm ≤Ra⁄⁄25 ≤Ra⁄⁄ ≤Ra⁄⁄ ≤Ra⁄⁄ ≤Ra⁄⁄ 键尺寸公差 –⁄- – –⁄ –⁄- – –⁄- – –⁄ 其他 键形位公差-2级 -2级 -2级 -2级 -2级 图表（ ）涂⁄ 度 图表（ ）涂⁄ 用 Ł 21 钙钛矿电池钙钛矿 n高精密狭缝式 布模头是 布技术 新兴技术领域fifl发展而逐“兴起的⁄品。高 ‡狭缝 „模 是„ˆ的最 部 ，目前以进 为主，国ł 斯 等 步实现进 代 狭缝„法‰ ˇfl统进fi狭缝、ˇ 的 ，对“膜量进fi更 化 fl，相对其 „工艺更容易fl ı ，狭缝„法‰将 ‡在 ，既能 高 用 ，又能保 的统一减少对 ˙ 的 n狭缝 布技术工˚原理„ 在一†一†”量 „模 缝隙 ˝转ˇcurrency1基材上 n狭缝 布设œ的优点 ）„ 、 高、”均匀、易fl；2）„统 ，在„ˇ ‰ 进入； ）料用 高，‰保持 料˜稳†，‰ı 进fi多„；4） 应 广，‰应 ı 料 currency1量 ；5） 高‰˜，大⁄量生产良95 n头部厂商皆 搭建MW级别的 试线，钙钛矿层的 布结晶工艺的 是目前 钙钛矿光电池 ⁄的 。“ “膜的晶˜良好 助于 其 态‡ 、减少„” 的复大†积“的主要难 是 何在 成大量 的晶，以 镀膜的均匀˜目前用于大†积““膜的„工艺主要为‚ƒ气辅助狭缝„工艺 资料来源钙钛矿太阳能电池 研究进展及 化 （ 等），–†‡ ，‚„⼤”，‰ ⽹，华西证券研究所 图表 涂⁄示意图图表面fi钙钛矿 Œ对比 制备优currency1 缺点 ‚刀„ ‹易于 积 ，无 杂设 用率低，敞开œ下 均 性较差 狭缝„ ‹易于 积 ，成产效率高 设 要求高 丝网‰ ‹易于 积 ，覆过 单 用率低， 丝网 要求高 ”„‹易于 积 ， 过 单 用率低， 性差 ”‰‹材料 用率高， 定 化生产设要求高，生产效率低，难以 ˇ 过 软 ‹ 积 ，无 材料 用率低，生产效率低 ‡相沉淀‹ 膜 较高， 准调 生产效率低，成œ高 22 钙钛矿电池钙钛矿 资料来源⼤面 钙钛矿电池光层 技术研究进展（ˆ˜等），˘˙，华西证券研究所 图表 结晶 n钙钛矿电池的光电 能 钙钛矿吸收层的晶体 ， 别是大†积“电池上„˙均匀且 的“ “膜，结晶 有 其 密 、 子的大†积“的主要难 是 何在 成大量 的晶fl凝的生成 ，以 镀膜的均匀˜ 在 fl晶ˇ的currency1 ，“于 状ƒ生‚的 ‹ ， ˘ 的“膜表†˝现表†˙ ł ，产生›电对 ˜能 fi n晶ˇ fl方法，包 Œ 辅助、 fl取、ƒ气法（气‡ –）、真 – †射 相 设，包 C /HC 、