钙钛矿：颠覆者or赋能者？-银河证券.pdf

请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 1 行业深度报告● [Table_IndustryName] 机械设备 [Table_ReportDate] 2022年09月14日 钙钛矿-颠覆者or赋能者？ 机械设备行业 推荐(维持评级) 核心观点: 分析师 [Table_Summary]  降本增效主逻辑下钙钛矿电池潜力大，叠层模式下电池效率可达 40%以上，GW级产能下钙钛矿电池组件成本可降至0.6元/W。 钙钛矿电池（PSCs）是第三代太阳能电池的代表，光电特性优势 明显，单结理论最大效率超30%。由于钙钛矿材料可设计性的特 点，电池效率提升速度较快，在13年的时间实验室效率从3.8% 达到25.7%，速度快于晶硅。目前产业化效率在16-18%，2023 年中试组件效率预计达19.3%。工艺流程短、低原料成本、低能 耗、放大优势等因素铸就钙钛矿电池低成本基因，随着电池效率、 寿命提升，度电成本有望持续下降。  钙钛矿电池产业链相比晶硅明显缩短，分为上游原材料、辅材等、 中游电池厂商、下游电站及新型应用。电池技术路线分为三种： 平面反式、平面正式、介观印刷结构。平面技术路径中，导电基 底一般使用CVD或PVD法制备，空穴传输层PVD法或刮涂法 制备，钙钛矿吸光层刮涂、喷涂、印刷、蒸镀等方法制备。涉及 设备类型包括镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备。下游 应用包括分布式光伏电站、BIPV、柔性光伏等。目前钙钛矿电 池大面积制备不均匀、不稳定问题的解决取得积极进展，部分企 业的组件通过晶硅组件检测标准IEC612215加速老化认证测试。  近期钙钛矿组件出货标志着产业化进入落地阶段，同时央企积极 参与布局。目前，在建及规划产能近30GW，十四五期间设备需 求预计175-263亿元。2022年7月，纤纳光电用于工商业分布式 光伏的钙钛矿组件出货；华能集团、中国三峡集团积极参与钙钛 矿布局；目前在建产能约0.8GW（不完全统计）；单GW电池产 能建设投资约5亿元，按单GW产能3-4条生产线计算，对应设 备价值量3-4亿元，其中镀膜设备价值量占比超50%。随着钙钛 矿电池技术发展日益成熟，十四五期间在建及规划产能有望到达 50-75GW，设备需求预计175-263亿元。  投资建议：钙钛矿电池制备工艺流程较晶硅电池简化，涉及涂布、 磁控、蒸镀、激光等设备，具体根据每层的材料略有差异。建议 关注钙钛矿规模化进程中设备投资机会，包括价值量大的 PVD/RPD设备（捷佳伟创、京山轻机等）、确定性需求强且主流 电池片环节渗透率提升的激光设备厂商（大族激光、迈为股份、 帝尔激光、杰普特、德龙激光等）、蒸镀设备（京山轻机，子公 司晟成与头部钙钛矿企业协鑫绑定较深）。  风险提示：电池技术进展不及预期；扩产节奏低于预期。 [Table_Authors] 鲁佩 ：021-2025 7809 ：lupei_yj@chinastock.com.cn 分析师登记编码：S0130521060001 特此鸣谢：贾新龙 相关研究 [Table_Research] 【银河机械】机械设备板块2022年中报业绩前 瞻：景气分化，整体承压，建议关注光伏设备、 锂电设备、机床、机器人 【银河机械】行业周报_机械行业_下游需求持续 高增，锂电设备企业受益全球动力电池扩产 【银河机械】行业月度动态报告_机械行业_供需 均转好，PMI齐回升，三季度专用设备或将景气 仍存 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 2 目 录 一、钙钛矿电池（PSCs）是第三代太阳能电池代表 4 （一）复盘太阳能电池发展史，从晶硅到钙钛矿 . 4 1、复盘太阳能电池发展史，从晶硅到钙钛矿 . 4 （二）钙钛矿材料介绍、光电特性及工作原理 . 5 1、钙钛矿材料是指拥有ABX3型正八面体晶体结构的某一类物质 . 5 2、钙钛矿材料具备优异的光电特性 6 3、钙钛矿电池工作原理基于光生伏特效应 . 7 二、效率提升空间大，中试组件效率2023年预计达19.3% . 7 （一）钙钛矿理论极限效率高于晶硅电池，可达30%以上 . 7 （二）钙钛矿电池效率提升速度快是因为材料可设计性强 . 8 （三）与晶硅或不同钙钛矿材料组成叠层效率可达40%以上 . 8 （四）目前产业化效率在16-18%，2023年中试组件效率预计达19.3% . 9 三、钙钛矿电池为什么具备成本优势 . 10 （一）工艺流程短（45min）、原材料低成本且纯度要求低、能耗低等因素铸就钙钛矿电池低成本基因 . 10 （二）规模化降本优势明显，GW级产能组件成本可降至0.6元/W 12 （三）随着钙钛矿电池效率、寿命提升，度电成本有望持续下降 . 13 四、钙钛矿电池产业链简介：相比晶硅电池产业链缩短，分为上游的材料和辅材等、中游的电池厂商、下游的电站及 新型应用 . 13 （一）上游：主要为基础化工材料、玻璃、靶材等 . 13 （二）中游：材料、工艺、设备齐头并进 . 15 1、技术路径：平面反式、平面正式、介观印刷结构 . 15 2、工艺路线：与材料、配方及电池结构等要素相关（以平面反式为例） . 17 3、中试线基本工序介绍 17 4、设备端：主要为镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备 . 18 （三）解决大面积制备不均匀性及不稳定性问题取得积极进展 . 19 1、钙钛矿电池的发展需要“工艺”“配方”“设备” 三驾马车齐头并进 19 2、大面积制备不均匀性问题取得积极进展 . 20 3、钙钛矿电池的稳定性受材料、器件、组件三种维度影响 . 21 4、钙钛矿组件已通过晶硅组件检测标准IEC612215加速老化认证测试. 22 （四）产业链下游：集中式与分布式电站、可穿戴等新型应用 . 22 1、单结应用方向：分布式电站，尤其是光伏幕墙领域 . 22 2、叠层应用方向：未来晶硅电池升级的主要方向之一 . 23 3、新型应用方向：柔性光伏、穿戴光伏等 . 23 五、产业化已进入初步落地阶段，央企参与布局 . 25 （一）目前在建产能0.86Gw，规划产能超28.3GW，已实现钙钛矿组件出货 . 25 （二）国际钙钛矿企业牛津光伏产业化发展态势良好 . 25 （三）央企参与布局，预计2025年建成工程示范电站 . 26 （四）产业支持政策持续出台,为钙钛矿产业发展护航 27 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 3 六、单GW设备价值量3-4亿元，十四五期间设备端需求预计达175-263亿元 . 28 （一）100MW钙钛矿电池产能设备价值量约1亿元，GW级预计达3-4亿元 28 （二）BIPV发展有望带动钙钛迎电池下游应用加速落地 . 28 1、双碳背景下BIPV市场空间有望持续增长 28 2、BIPV领域或是PSCs首当其冲覆盖应用市场，总市场规模超千亿 . 30 （三）十四五期间设备端需求预计达175-263亿元 31 七、相关上市公司 . 31 八、投资建议 . 33 九、风险提示 . 33 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 4 一、钙钛矿电池（PSCs）是第三代太阳能电池代表 （一）复盘太阳能电池发展史，从晶硅到钙钛矿 1、复盘太阳能电池发展史，从晶硅到钙钛矿 太阳能电池实验室效率从1954年诞生时6%提升到如今的31.25%（串联硅钙钛矿），同 时太阳能电池发展历经三代：晶硅、薄膜、新型太阳能电池。太阳能电池能够通过光电效应 直接将光能转化成电能。1837 年，法国的物理学家首次在溶液中发现了光伏效应。1954 年， 美国贝尔实验室制备出的世界第一块太阳能电池的光电转换效率为6%。我国于1958年也开 始进行太阳能电池的研制工作。自从第一块太阳能电池被制造，在60多年时间里太阳能电池 的发展已经历三代，种类也进一步丰富。其中，第一代是以晶硅为主的太阳能电池;第二代以 薄膜太阳能电池为主，其典型的代表是铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)太阳能电池;第三代为 新型的太阳能电池，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。2022年7月，洛桑联邦理工学院（EPFL）和瑞士电子和微技术中心（CSEM） 使用混合蒸汽和液体溶液技术将钙钛矿沉积到有纹理的硅表面上，1平方厘米的测试电池的效 率达到了31.25%。 图1： 太阳能电池的认证效率图（第一代为蓝色线、第二代为绿色线、第三代为橙色线） 资料来源：NREL，中国银河证券研究院整理 第一代晶硅电池目前最成熟，第二代薄膜电池相比第一代具有质量轻、转换效率高的优 势，但电池活性层材料昂贵且设备成本高等因素限制其大面积制备和商业化，第三代新型太 阳能电池凭借材料成本低、效率高、工艺流程短等优势成为产业界和学术界热点。目前晶硅 太阳能电池的实验室效率已经超过了26%，在市场上占有绝对的地位和份额。但是，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，高纯度的硅材料价格昂贵。第二 代薄膜电池与晶硅太阳能电池相比质量轻而且转换效率高，但是由于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。这类电池一般采用热蒸发的 方式制备，设备的成本高。以上这些原因限制了这类电池的大面积制备和商业化。第三代新型 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 5 太阳能电池原料储量丰富，成本低，效率高、工艺流程短且可柔性制备，成为太阳能产业界和 学术界的热点。 表1：三代太阳能电池效率、成本、商业化程度对比 类别 第一代晶硅电池 第二代薄膜电池 钙钛矿新型太阳能电池 实验室 最高效率 26.7% 29.1%（砷化镓）、25.5%（碲化镉）、 CIGS（23.4%） 25.7%（理论效率超30%）、31.25%(异 质结/钙钛矿叠层电池） 量产效率 22% 国外17-19%、 国内13%左右（碲化镉） 15-18%（2022年） 组件成本 1.5-2元/瓦 大于2元/瓦（碲化镉） 0.6元/w(GW级预计) 制造成本 低 高 低（预计） 商业化成熟度 非常成熟 成熟 商业化初期 量产成熟度 非常成熟 成熟 量产初期 资料来源：中国知网《低成本制备高效率钙钛矿太阳能电池的研究》（吕凤，2021）、中国银河证券研究院整理 第三代新型电池中，钙钛矿拥有载流子寿命长、带隙可调、光吸收单位宽等优势，钙钛 矿电池的应用有单结和叠层两个技术方向，目前实单结电池实验室最高效率25.7%，逐步接 近硅电池最高效率。钙钛矿太阳能电池作为一种新型光伏电池，与传统晶硅太阳能电池相比 凭借效率优势、低成本优势（产业化后GW级别成本可达0.6元/W）、应用广泛、叠层优势受 到注。在十余年时间里，实现了效率上的突破，目前最高的电池效率已达25.7%，且理论效率 超30%，高于晶硅电池，逐步接近硅电池最高效率。钙钛矿材料在光伏产业的应用主要有两 个技术方向：单结和叠层。单结钙钛矿技术与其他薄膜技术相似，但制造成本有望低于目前已 产业化的薄膜技术。钙钛矿与晶硅相结合的叠层技术兼具高转换效率和低制造成本的优点，有 望成为未来光伏产业的技术发展方向。 图2： 太阳能电池分类 资料来源：中国银河证券研究院整理 （二）钙钛矿材料介绍、光电特性及工作原理 1、钙钛矿材料是指拥有ABX3型正八面体晶体结构的某一类物质 交易终止 将暂缓收购暂缓 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 6 广义的钙钛矿其实是指具有ABX3型的化学组成的化合物:A位一般由有机无机杂化，包 括甲氨Ch3Nh3或者甲醚有机的分子，或无机的铯，B位一般由硒或者铅，X位一般都是卤素， ABX通过化学配位键进行连接，形成ABX3结构式，这种结构称为钙钛矿，用在钙钛矿电池 的吸光层。钙钛矿有两类结构：介观结构和平面异质结结构。介观结构钙钛矿太阳能电池是基 于染料敏化太阳能电池（DSSCs）发展起来的，和DSSCs的结构相似。平面异质结结构将钙 钛矿结构材料分离出来，夹在空穴传输材料和电子传输材料中间。最常用的纯碘的钙钛矿材料 （MAPbI3），带隙约为1.55eV，对应的吸收带边为800nm。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，因此有机-无机钙钛矿这种材料 非常适合作为太阳能电池的吸光层。高效率的钙钛矿太阳能电池的结构是以透明导电玻璃 （TCO）作为基底，再是空穴传输层（HTL）或电子传输层（ETL）、钙钛矿活性层、ETL或 HTL和金属电极。钙钛矿层夹在HTL和ETL中间。除最开始的介孔结构，现在的n-i-p和p-i-n 型平面结构也被广泛研究。 图3： 钙钛矿材料ABX3正八面体晶体结构 图4： 钙钛矿电池工作原理 资料来源：中国知网，中国银河证券研究院整理 资料来源：中国知网，中国银河证券研究院整理 2、钙钛矿材料具备优异的光电特性 钙钛矿具有优异的光能吸收性，较高光吸收系数有利于减少光学损失，在300-800nm波 长范围均有高吸收系数(大于3*10-4cm-1)。钙钛矿激子结合能低，约55+20meV，介电常数高达 18，保证高效的电荷分离，抑制载流子复合，且载流子扩散速度快，电子迁移率达75 cm2/(V·s)， 空穴迁移率达12.5cm2/(V·s)以上。MAPbI3的电子和空穴扩散长度超过100nm保证电子和空 穴的有效传输。 缺陷态密度低使得非辐射复合率很低，电压损失值小，开路电压损失在0.3-0.4v之间。钙 钛矿材料可以通过调节组分，使其能带间隙在1.4~2.3eV之间连续可调，因此可以衍生出区别 于硅基光伏的应用。目前最常用的钙钛矿材料MAPbI3和FAPbI3的禁带宽度位于1.5-1.6eV， 其理论最大光电转化效率均处于30%以上。 连续可调的带隙宽度可制备钙钛矿叠层多结电池。通过对钙钛矿进行组分调控，可实现 带隙连续调控，通过调整Ａ、Ｂ和Ｘ含量可以获得不同组分钙钛矿材料，对应钙钛矿材料的带 隙及能级分布也各不相同。通过卤素占比调控，可以实现钙钛矿带隙与能带结构的移动，可实 现对吸收层膜带宽度调节(1.18-3.02eV)，匹配太阳光谱，提高光谱利用率。这也决定了钙钛矿 在发光、光伏和光探等各个领域的广泛应用。 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 7 图5： 禁带宽度、极限短路电流、开路电压、效率关系 图6： 钙钛矿电池平面正式结构 资料来源：中国知网，中国银河证券研究院整理 资料来源：中国知网，中国银河证券研究院整理 3、钙钛矿电池工作原理基于光生伏特效应 钙钛矿工作原理包括四个阶段：首先是载流子的产生与分离阶段，当太阳能电池运转 时，入射光子（hv＞Eg）被钙钛矿材料吸收，电子从价带顶被激发到导带底，形成具有库伦 束缚的电子空穴对；其次是载流子的扩散阶段，在内建电场的驱动下，电子和空穴在钙钛矿内 部分别向负极和正极方向扩散；然后是载流子的传输阶段，在这个过程中，电子经过钙钛矿／ 电子传输层界面处，空穴则经过钙钛矿／空穴传输层界面处，然后分别由各功能层抽取并传输； 最后一阶段则是载流子被电极收集。如当入射光大于禁带宽度时，价带电子跃迁到导带上面， 价带上面留下空穴，电子和空穴就分别通过内建电场的作用，进行电子传输层和空穴传输层的 传输，然后通过玻璃导电基底和金属电极基底进行回收就会形成回路。 二、效率提升空间大，中试组件效率2023年预计达19.3% （一）钙钛矿理论极限效率高于晶硅电池，可达30%以上 钙钛矿太阳能电池（PSCs）单结理论极限效率超30%，叠层模式下可达40%以上，相比 晶硅电池效率提升空间大，主要因为人工设计后的钙钛矿材料带隙可以达到或接近s-q理论下 吸光层最优带隙（1.3-1.5ev）。异质结/钙钛矿叠层电池理论极限效率可突破40%，高于单结晶 体硅太阳能电池理论极限效率29.43%。根据EcoMat研究表明钙钛矿/硅叠层太阳能电池的理 论效率极限为46%，远高于单结晶硅电池极限29.43%。如果掺杂新型材料，钙钛矿电池的转 换效率最高能达到的50%，是目前晶硅电池的2倍左右。钙钛矿材料通过人工设计带隙可以 达到s-q理论下吸光层最优带隙，导致最高光电转化率可超过30%。通过调整卤素A、B和X 含量实现钙钛矿带隙与能带结构的移动。A位：阳离子半径越小，对应的钙钛矿带隙越大，例 如，Cs、MA和FA离子半径依次增大，对应得到的CsPbI3、MAPbI3和FAPbI3钙钛矿的带隙 依次减小，分别为1.73eV、1.57eV和1.48eV。B位：通常采用Sn替代Pb作为B位，Sn含量 的逐增，钙钛矿材料带隙减小，例如CsPbI3的带隙为1.73eV，FAPbI3的带隙为1.48eV，FASnI3 的带隙为1.40eV，CsSnI3的带隙为1.30eV。X位：Br 离子掺杂使钙钛矿带隙增加。根据 Shockley-Queisser 理论，单结太阳能电池吸光材料的禁带宽度在1.34eV时，其理论光电转换 效率可达最高的33.7%，通常认为吸光层材料的最优带隙为1.3-1.5eV，越接近于此效率越高。 人工设计的钙钛矿材料，带隙可以非常接近于最优带隙，目前最常用的钙钛矿材料MAPbI3和 FAPbI3的禁带宽度位于1.5-1.6eV，其理论最大光电转化效率均处于30%以上，因此钙钛矿是 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 8 一种十分理想的新型光电材料。 图7： 不同组件类型理论极限电能转换效率对比情况 图8： 钙钛矿连续可调的带隙范围覆盖最佳带隙（1.4eV） 资料来源：中国知网，中国银河证券研究院 资料来源：协鑫光电，中国银河证券研究院 （二）钙钛矿电池效率提升速度快是因为材料可设计性强 钙钛矿电池实验效率从2009年的3.8%提升至目前的25.7%，电池效率提升速度远快于 晶硅电池的核心原因是钙钛矿电池材料可设计性强。钙钛矿电池效率提升速度非常快，2009 年诞生时效率为3.8%， Sang Ⅱ Seok 结合两步法旋涂成膜，2017年将效率提高到22.1%， 2018年，Jun Hong Noh等通过一种无溶剂固相反应的方法将效率提升到24.35%，2022年，蔚 山先进能源技术研究开发中心和洛桑联邦理工学院将胶体QD-SnO2牢固地连接到c-TiO2表面， 形成了连续、薄和共形的SnO2层，基于双层电子传输层将PSCs效率提升到了25.7%。钙钛矿 光伏技术与晶硅技术的根本性差异在于钙钛矿材料的设计性。晶硅电池效率在1989 年达到 22.8%，之后近四十年没有很大的突破。钙钛矿电池从2009年至2022年，效率增长都较为迅 速且持续，这是因为，光伏应用中的钙钛矿材料选择比较灵活，是人工设计的晶体材料，可以 通过人工设计不断寻找性能更好、成本更低的材料，不断改进设计从而提升电池性能。而晶硅 材料只能提纯、结构不能改变。所以，钙钛矿技术与晶硅技术的竞争，是成千上万种钙钛矿材 料和一种晶硅材料的竞争。而且钙钛矿太阳能电池的理论上限为33%，比晶硅的29.3%高了将 近4个百分点，目前仍具有较大的上升空间。 （三）与晶硅或不同钙钛矿材料组成叠层效率可达40%以上 连续可调的带隙宽度使得钙钛矿适合做叠层多结电池。它和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。通过叠层的钙钛矿，太阳能光谱被分成连续的若干 部分，用能带宽度与这部分具有最好匹配的材料制作成电池，并按能隙从大到小的顺序从外到 内叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽带隙材料电池吸收利用，波长较长的光能透射进去 让较窄能带隙材料电池吸收利用，最大限度将光能转化为电能。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。 钙钛矿可以与HJT、TOPCon等晶硅电池组成叠层电池。硅的带隙为 1.12 eV，可以吸收 波长 1100 nm 以下的光子，典型的甲胺铅碘（CH3NH3PbI3）钙钛矿带隙为 1.55 eV，通过用 Br- 0.00%10.00%20.00% 30.00%40.00%50.00% 转换效率 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 9 部分取代 I -可以调节带隙的宽度，调节范围为 1.55 eV-2.3 eV。当钙钛矿吸收层的带隙为 1.7 eV 时，预期可以获得35%的效率，极限效率可达60%。目前钙钛矿/晶硅叠层电池实验室效 率达到了29.8%（英国亥姆霍兹柏林材料与能源中心）。 图9： 钙钛矿/晶体硅叠层电池对太阳光利用范围 图10： CPIA钙钛矿电池效率预测 资料来源：OxfordPV，中国银河证券研究院 资料来源：中国光伏产业发展路线图2021（CPIA），中国银河证券研 究院 不同材料的钙钛矿也可组成叠层电池，实现电池效率跃升。通过调整A、B、X含量可以 获得不同组分钙钛矿材料，对应钙钛矿材料的带隙及能级分布也各不相同，通过卤素占比调控， 可以实现钙钛矿带隙与能带结构的移动，通过对钙钛矿进行组分调控，可实现带隙连续调控， 这决定了钙钛矿可以广泛应用在发光、光伏、光探等各个领域。钙钛矿/钙钛矿叠层电池的效 率比钙钛矿/晶硅叠层电池稍低，但也有经认证的产品达到60%的极限效率。目前钙钛矿/钙钛 矿叠层电池实验室效率高达到了28%，为南京大学谭海仁及其科研团队研制。 图11： 过去十年钙钛矿发文数量达19640篇 图12： 2021年中国内地占全球发文量近50% 资料来源：Web of Science，中国银河证券研究院 资料来源：Web of Science，中国银河证券研究院 （四）目前产业化效率在16-18%，2023年中试组件效率预计达 19.3% 产业化效率稳步提升，目前已达16-18%，2023 年玻璃基中试组件最高转换效率预计达 19.3%。近年来产业化效率呈现逐步上升趋势，2019年协鑫光电在实现1241.16cm2面积15.31% 的效率，同年杭州纤纳在300cm2尺寸的钙钛矿组件实现14.3%效率，华能集团2019年实现 05000 1000015000 20000 2012201320142015201620172018201920202021 全球发文量中国大陆发文量 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 10 100cm2组件效率18%，2021年实现3500cm2面积电池效率15.5%。2022年极电光能在300cm2 大尺寸组件实现18.2%转化效率，同年协鑫光电尺寸为1m*2m组件下线，据协鑫光电预计在 工艺和产能稳定后，量产组件效率将超18%。目前产业化效率距离钙钛矿单结电池理论极限 效率（超30%）还有较大提升空间，产业端、研发端针对钙钛矿电池的研发投入逐年增加， 随着钙钛矿可设计性晶体配方以及工艺逐步优化，产业化效率预计呈现上升趋势。根据CPIA 预测，玻璃基中试组件最高转换效率（900cm2）2022年达到18.5%、2025年20%、2030年 22%。 三、钙钛矿电池为什么具备成本优势 （一）工艺流程短（45min）、原材料低成本且纯度要求低、能耗低 等因素铸就钙钛矿电池低成本基因 PSCs 产业链显著缩短，原材料到组件仅需 45 分钟。 与晶硅电池漫长的产业链和复杂 的工艺流程相比，钙钛矿太阳能电池的生产流程简单，产业链显著缩短，价值高度集中。据协 鑫纳米的披露，100兆瓦的单一工厂，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时间，用时差异很大。 图13： 钙钛矿相比晶硅产业链及工艺时间明显缩短 资料来源：东方富海、中国银河证券研究院整理 交易终止 将暂缓收购暂缓 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 11 表2：钙钛矿太阳能电池与晶硅太阳能电池对比 对比项 晶硅太阳能电池 钙钛矿太阳能电池 工艺流程长度 四个工厂，耗时三天以上 单一工厂，45分钟 1GW产能投资成本 9.6亿元 5亿元 吸光层厚度 180微米 0.3微米 吸光层成本占比 60% 5% 吸光层纯度要求 99.9999%纯硅 95%纯度钙钛矿 最高工艺温度 1700℃ 150℃ 单瓦功耗 1.52KWh 0.12KWh 标准尺寸铅含量 18g 2g 资料来源：能镜公众号，《五年后，钙钛矿崛起（范斌）》，中国银河证券研究院整理 图14： 随产能提高建设成本显著降低 图15： 划线实现串并联省去栅线工艺 资料来源：纤纳光电，中国银河证券研究院整理 资料来源：中国知网，中国银河证券研究院整理 PSCs原材料纯度要求低且十分易得，用量亦低于晶硅类。钙钛矿太阳能电池的原材料均 为基础化工材料，不含稀有元素。晶硅类太阳能电池对硅料纯度要求需达99.9999%，而钙钛 矿材料对杂质不敏感，纯度在90%左右的钙钛矿材料即可制成转换效率在20%以上的太阳能 电池，95%纯度的钙钛矿即可满足生产使用需求。 PSCs可低温溶液制备，单瓦能耗仅为晶硅的1/10。钙钛矿太阳能电池只需通过简单的旋 涂、喷涂、刮涂等溶液工艺实现成膜，整个生产过程温度不超过 150℃，较晶硅材料制备所需 的最高工艺温度 1700℃极大降低生产能耗。制造1瓦单晶组件的能耗大约为1.52KWh，而每 瓦钙钛矿组件的生产能耗仅为0.12KWh。 放大优势实现规模化降本。通过有效的划线方式，对电池进行分割和串并联，因此省掉 栅线组件尺寸可以放大到平米级别。 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 12 图16： 晶硅电池片占组件成本60% 图17： 钙钛矿材料占钙钛矿组件成本5% 资料来源：全球光伏，中国银河证券研究院整理 资料来源：全球光伏，中国银河证券研究院整理 （二）规模化降本优势明显，GW级产能组件成本可降至0.6元/W 从100MW级扩大至GW级产能，组件成本下降约50%，由0.15美元/W降至0.1美元/W。 目前有三家公司公布过其钙钛矿电池的生产成本。纤纳光电100MW生产线组件成本约 0.15 美元/W，扩大至 GW 级产线后组件成本约 0.1美元/W；协鑫光电GW级产线组件成本可低 于 0.1 美元/W；牛津光伏钙钛矿-硅异质结(HJT)叠层电池0.4 美元/W。对比已经商业化的单 晶硅组件来看,垂直一体化厂商的单晶硅组件最优内部生产成本目前约为 0.21~0.22 美元/W。 按较低生产成本数据来比较，钙钛矿电池比单品硅电池拥有成本优势。（数据来源：中国知网- 太阳能钙钛矿电池技术发展和经济性分析）。钙钛矿电池产线产能的提高，平均建设成本将显 著降低。以纤纳光电为例，20MW产线投资额为0.505亿，新建100MW产线投资额为1.21 亿元，产能提升5倍，投资额仅提升2.4倍。根据纤纳光电测算，若产能提升至1GW，投资 额约2.7亿元，产线建设成本降低。 图18： 钙钛矿度电成本（LCOE）与效率、寿命关系图 （基于电池成本为31.7美元/m2） 图19： 效率成本走势预测 资料来源：中国知网，中国银河证券研究院整理 资料来源：极电光能官网，中国银河证券研究院整理 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 13 图20： 光伏地面电站LCOE近五年呈下降趋势（晶硅电池） 图21： 光伏分布式电站LCOE近五年呈下降趋势（晶硅电池） 资料来源：CPIA，中国银河证券研究院整理 资料来源：CPIA，中国银河证券研究院整理 （三）随着钙钛矿电池效率、寿命提升，度电成本有望持续下降 随着行业发展日益成熟，未来FTO导电玻璃、折旧、人工等成本还会有所降低，根据极 电光能官网公布数据测算，到2023年平米级钙钛矿光伏产品将实现17-19%效率，后续持续提 升至25%。百兆瓦级产线阶段成本将控制在1-1.5元/W，1GW级可降到0.8元/w，10GW级可 降到0.6元/w。考虑钙钛矿组件成本较低，如果效率达到17%，价格达到1.3元/w，寿命25 年时，其将具有市场竞争力。根据纤纳光电颜步一发表的文章，当钙钛矿电池成本为31.7美 元/m2时，度电成本、效率、寿命关系如图18所示，当效率为25%且寿命为22年或者效率为 20%且寿命为24年时，度电成本将达到0.06美元/Kwh，后续随着组件成本的降低，度电成本 有望持续下降。 四、钙钛矿电池产业链简介：相比晶硅电池产业链缩短， 分为上游的材料和辅材等、中游的电池厂商、下游的电站 及新型应用 （一）上游：主要为基础化工材料、玻璃、靶材等 导电层（实现载流子收集）的基材为柔性材料、不锈钢板、玻璃等，基材上的导电氧化 物一般为氧化铟锡（ITO导电玻璃）、氟掺杂SnO2(FTO透明导电玻璃)。目前导电层使用导 电玻璃较多。FTO导电性能比ITO略差，但具有成本相对较低，激光刻蚀容易，光学性能适 宜等优点，已经成为薄膜光伏电池的主流产品。ITO镀膜玻璃，具有透过率高，膜层牢固，导 电性好等特点，随着薄膜电池对光吸收性能要求的提高，目前逐渐被FTO替代。TCO玻璃是 指在平板玻璃表面通过物理或化学镀膜方法均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜 (Transparent Conductive Oxide)的玻璃深加工品，实现对可见光的高透过率和高的导电率，TCO 导电玻璃包括ITO、FTO、AZO镀膜玻璃，分别使用锡掺杂氧化铟(In2O3)、氟掺杂氧化锡（Sn O2）和铝掺杂氧化锌（ZnO）作为靶材。金晶科技近期公告称，公司TCO导电膜玻璃定位于 碲化镉、钙钛矿电池等行业上游，公司TCO导电膜玻璃已经成功下线，并且与国内部分碲化 镉、钙钛矿电池企业建立业务关系，得到认可开始供货。除金晶科技外，TCO玻璃企业还包 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 14 括亚玛顿、耀皮玻璃、南玻A、旗滨等。根据爱采购网报价，3.2mm玻璃价格在60-70元/平 米。（协鑫光电范斌表示目前可大规模生产FTO玻璃的有旭硝子和金晶） 图22： TCO导电玻璃产业链 资料来源：《Comparison Between Chemical Vapor Deposition CVD and PVD Coating Techniques: A Review Paper》， 旗滨集团招股说明书，中国银河证券研究院整理 目前常见的空穴传输材料（HTM）主要为有机小分子、有机聚合物和无机半导体三类。 目前常用的有氧化镍、PTAA，效率较高。常用的有机小分子主要包括Spiro-OMeTAD及其改 性材料等；常用的有机聚合物包括PEDOT:PSS（可以溶液成膜，适合柔性衬底）、PTAA、P3HT （聚-3己基噻吩）等，其中P3HT为主流；常用的无机HTM主要有CuI、CuSCN、CuOx、 NiOx、MoOx、VOx。有机小分子与聚合物相比，具有良好的流动性，但制备困难，价格昂贵； 有机聚合物具备更好的成膜性和更高的迁移率。相较于有机HTM，无机HTM的空穴迁移率 更高，导电性及稳定性更好，而且成本低。 钙钛矿吸光层的基本材料是钙钛矿前驱液，一般由碱金属卤化物钙钛矿和有机金属卤化 物钙钛矿组成。一般采用有机无机混合结晶材料——如有机金属三卤化物CH3NH3PbX3 （X=Cl\Br\I）作为光吸收材料。其中最常见的是CH3NH3PbI3，这种材料由甲基铵正离子嵌入 铅离子（Pb2+）和碘离子（I-）组成的八面体框架。制作金属卤化物钙钛矿所需原材料储量丰 富，价格低廉，且前驱液的配制不涉及任何复杂工艺，对纯度要求不高，后续组件对加工环境 要求也不高。 电子传输材料（ETM）主要可分为金属氧化物（常用TiO2、ZnO等）和复合材料，主要 涉及钛60、BCP、PCDM、二氧化硒、二氧化钛等材料。目前使用和研究最多的ETM为TiO2， 但由于TiO2电子迁移率和电子扩散距离与钙钛矿材料及常用HTM的空穴迁移率、扩散距离 相比不太匹配，成为电池结构中电荷捕集效率的瓶颈。目前，研究者以介孔Al2O3为骨架，TiO2 纳米颗粒和石墨烯复合物代替TiO2作为ETM在低温条件下（20cm×20cm），室温 25℃，AM1.5 光照 1000 小时后，效率衰减≤10%。 2 2021年12月13日 科技部 国家重点研发计划“高端功能与智能材料”重点专项2021年度拟立项项目公示清单。第一项就为由南方科技大学牵头的“新一代钙钛矿太阳能电池关键材料及宏量制备技术”项目。 3 2022年2月23日 上海市人民政府 《中国(上海)自由贸易试验区临港新片区扶持光伏发电项目操作办法》的通知，通知明确，项目基础奖励标准：分布式光伏，0.1元/千瓦时(非学校类执行优惠电价的非居民用户)、0.15 元/千瓦时(学校用户)。光伏电站为0.15元/千瓦时。采用薄膜光伏、建材光伏、钙钛矿等新型光伏组件示范应用、彩钢瓦光伏一体化技术、建筑光伏一体化技术等光伏新型技术，以及 道路隔音棚(架)光伏试点、市政设施光伏试点等“光伏+”融合发展项目，奖励标准参照各类项目的超水平奖励标准：学校分布式光伏项目0.18元/千瓦时、其他分布式光伏项目(执行居 民电价的非居民用户)0.12元/千瓦时、全额上网光伏项目0.18元/千瓦时。 行业深度报告/机械设备 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 27 4 2022年4月2日 能源局、科技部 《“十四五”能源领域科技创新规划》：高效钙钛矿电池制备与产业化生产技术 。[示范试验]研制基于溶液法与物理法的钙钛矿电池量产工艺制程设备，开发高可靠性组件级联与封装技 术，研发大面积、高效率、高稳定性、环境友好型的钙钛矿电池:开展晶体硅/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿等高效叠层电池制备及产业化生产技术研究。 5 2022年5月5日 CPIA 成立钙钛矿光伏电池标准专题组开展钙钛矿光伏电池标准工作规划和顶层设计，结合光伏电池标准体系研究制定钙钛矿光伏电池标准体系，对电池发展效率做出预测。 6 2022年6月14日 安徽省合肥市人民政府 《合肥市进一步促进光伏产业高质量发展若干政策》第四条鼓励技术创新。支持企业对标光伏制造行业规范条件研发生产高效率、低衰减产品，对新进入工信部《光伏制造行业规范条 件》公告的企业，给予不超过50万元一次性奖励。对异质结(HJT)、钙钛矿等下一代电池，叠瓦、多主栅等高效组件，以及建筑光伏一体化材料、新能源微电网、柔性并网等技术研发 项目，支持申报省、市“揭榜挂帅”类项目。支持光伏产业链重大创新研发、检验检测等专业服务平台建设，对软硬件投资500万元以上的，按投资额的30%给予最高500万元补贴。 7 2022年6月22日 科技部、国家发展改革委等九部门 《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022―2030 年)》。方案提出，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 装试验技术、抗台风型海上漂浮式风电机组、漂浮式光伏系统。研发高可靠性、低成本太阳能热发电与热电联产技术，突破高温吸热传热储热关键材料与装备。研发具有高安全性的多 用途小型模块式反应堆和超高温气冷堆等技术。开展地热发电、海洋能发电与生物质发电技术研发。 8 22年8月29日 工信部等五部门 联合印发加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划，其中在太阳能装备方面，提出推动TOPCon、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术和钙钛矿、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研究和应用，开展智能光伏试点示范和行业应用。 资料来源：中华人民共和国科学技术部、CPIA、上海市人民政府、安徽省合肥市人民政府、中国银河证券研究院整理 （四）产业支持政策持续出台,为钙钛矿产业发展护航 自2019年至今，钙钛矿产业发展支持政策持续出台。《“十四五”能源领域科技