深度报告-20220702-浙商证券-光伏设备行业行业深度报告_钙钛矿_下一代光伏新势力_渐成崛起之势_36页_4mb.pdf

1/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 Table_main 行业研究类模板 深度报告 机械行业 报告日期： 2022 年 7 月 2 日 钙钛矿：下一代光伏新势力，渐成崛起之势 光伏设备 行业 行业深度报告 行业研究|机械行业|证券研究报告 table_invest 行业评级 机械行业 看好 分析师：邱世梁 执业证书号： S1230520050001 分 析师：王华君 执业证书号： S1230520080005 分析师：李思扬 执业证书号： S1230522020001 Table_relate 相关报告 【光伏行业】深度：光伏未来 10 年 10 倍大赛道！ 【颗粒硅】深度：光伏硅料新一代技术，获重大突破、助力降本 -浙商大制造 - 【光 伏设备】年度策略报告一：“大尺寸”带来新一轮迭代需求 【光伏设备】年度策略报告二：异质结：引领光伏技术新一轮革命，国产设备将迎来爆发 【上机数控】深度：三次创业，千亿市值？【迈为股份】深度：光伏异质结设备领军者，未来 5 年持续高增长 【捷佳伟创】深度：光伏电池设备龙头，未来 5 年持续高成长 【晶盛机电】深度：长晶设备龙头：光伏半导体设备、蓝宝石、碳化硅设备接力增长 【金辰股份】深度：光伏异质结电池设备新星，组件设备龙头将二次腾飞 【奥特维】深度：组件串焊设备龙头；光伏、半导体、锂电设备多点开花 【亚玛顿】深度：超薄光伏玻璃领军者， BIPV打开成长空间 【帝尔激光】深度：光伏激光设备龙头，从辅设备迈向核心主设备 报告导读 随着目前光伏市场主流技术 PERC 效率逐步接近天花板， HJT、 TOPCon、 xBC技术发展如火如荼，钙钛矿太阳能电池作为下一代光伏新势力，光电转换效率 持续 提升， 将 成为光伏厂商未来布局的重中之重。 投资要点 钙钛矿（ PSCs）： 最具潜力 的下一代 光电材料 之一 ，性能优异应用广泛 钙钛矿是一种分子通式为 ABX3 的晶体材料，呈八面体形状，光电转换效率高，在光伏、 LED 等领域应用广泛。钙钛矿太阳能电池（ PSCs）是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代高效薄膜电池的代表，具有高效率、低成本、高柔性等优势。钙钛矿太阳能电池还可通过与 HJT 叠层进一步提升光电转换效率，是未来产业化的重点发展方向。 核心亮点： 高效率、低成本优势，稳定、环保、大面积制备问题正突破 高效率： 单结 PSCs 理论转化效率可达 31%，高于晶硅电池极限效率 29.4%。 PSCs与 HJT 有良好的叠层电池匹配度，可制造理论效率达 43%的叠层电池。 低成本： PSCs 相比传统晶硅（硅料、硅片、电池片、组件）产业链环节大幅简化 ，单环节 价值高度集中 ，有望大幅降低光伏组件制造成本 。 量产性： PSCs 产业化进程中最主要的问题在于解决稳定性问题、大面积制备问题和环保性问题，受益于钙钛矿材料的可设计性，产业化进程 持续 推进。 市场空间： 预计 2030 年设备市场空间超 800 亿 ； BIPV 带来 千 亿空间 应用端： 钙钛矿具备质量轻、厚度小、柔性大、半透明等特性，是未来 BIPV、 电动汽车移动发电电源 领域的明星材料。 我们预计 2025年 BIPV潜在市场规模 达 1210亿元 ，钙钛矿拥有天然适配优势，有望在 BIPV 领域率先打开市场 。 设备端： 钙钛矿太阳能电池的制备主要工艺为涂布及 PVD，生产流程比晶硅类大幅简化，目前处于设备工艺验证阶段。 我们测算， 2030 年钙钛矿太阳能电池设备市场空间约 805 亿元。 产业化进程： 研发端国产领航不断突破，产业端落地 进展 加速 学术 端 ： 我国钙钛矿太阳能电池研发团队齐发力，产研结合探索最具竞争力和性价比的技术路线，专利申请数占全球 68%。 产业端 ： 本土钙钛矿设备厂商订单先行，部分已成功交付，本土钙钛矿太阳能电池生产厂商效率不断突破，融资进展顺利，已纷纷布局中试线。 投资建议 重点 推荐： 迈为股份、 亚玛顿、 金辰股份、 罗博特科、帝尔激光、捷佳伟创 等 。重点关注： 京山轻机、协鑫集成、隆基股份、 宁德时代、 天合光能、东方日升、通威股份、晶科能源、中来股份、聆达股份、金风科技、杰普特、拓日新能 、 杭萧钢构 等 ； 关注非上市公司 ：德沪涂膜、协鑫光电、纤纳光电、极电光能、众能光电、万度光能等。 风险提示： 光伏行业产品或技术替代的风险。 table_page 行业深度报告 2/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 正文目录 1. 钙钛矿：最具潜力光电材料之一，性能优异应用广泛 . 5 1.1. 结构特性优异的光电材料，光伏、 LED 等领域潜力大 . 5 1.2. 钙钛矿太阳能电池是第三代高效薄膜电池的代表 . 6 2. 核心亮点：高效率、低成本优势，稳定、环保、大面积制备问题正突破 . 8 2.1. 效率：理论极值高于晶硅，可制叠层电池、产业化意义重大 . 8 2.2. 成本：组件成本有望较晶硅大幅降低，原材料易得能耗较低 . 13 2.3. 稳定性、大面积制备、环保性待突破，是制约产业化的最重要因素 . 15 3. 产业化：研发端国产领航突破不断，产业端落地进度加速 . 17 3.1. 学术端：学术研究中国领先，产业进程动力十足 . 17 3.2. 产业化端：各大厂家已在钙钛矿设备、电池、材料、检测端纷纷布局 . 19 4. 市场空间：预计 2030 年设备市场空间超 800 亿， BIPV 带来千亿应用空间 . 22 4.1. 设备空间：预计 2030 年钙钛矿设备空间有望达 805 亿元 . 22 4.2. 电池空间：轻、薄、柔、透特性优异， BIPV 领域市场规模超千亿 . 22 5. 钙钛矿电池设备逐步验收出货， 2022 年总产能或超 1.5GW. 24 5.1. PSCs 设备：主要设备进入验收出货阶段，国产厂商创造多项第一 . 24 5.1.1. 晟成光伏：钙钛矿团簇型多腔式蒸镀设备现已量产，并成功应用于多个客户端 . 24 5.1.2. 德沪涂膜：钙钛矿太阳能电池核心涂膜设备全球市占率第一 . 26 5.2. PSCs 电池：主要玩家研发全球领先，中试线在建新产品呼之欲出 . 27 5.2.1. 协鑫光电：全球首条 100MW 大面积钙钛矿量产线正在建设中 . 27 5.2.2. 极电光能： 150MW 中试线正在建设，新产品即将问世 . 29 5.2.3. 纤纳光电：连续 7 次刷新世界纪录的钙钛矿先行者 . 30 5.2.4. 众能光电：在建钙钛矿太阳能光伏组件生产线产能可达 200MW/年 . 32 5.2.5. 万度光能：投资 60 亿元建设钙钛矿太阳能电池生产基地 . 33 5.2.6. 合特光能：计划建首条异质结 /钙钛矿叠层电池中试线，目标效率 28%以上 . 34 6. 投资建议 . 35 7. 风险提示 . 35 图目录 图 1： 钙钛矿材料八面体结构示意图 . 5 图 2：钙钛矿太阳能电池结构及发电原理 . 5 图 3： 有机金属卤 化物钙钛矿太阳能电池光伏性能优异 . 5 图 4：钙钛矿发光二极管具有 “三明治 ”结构 . 6 图 5：钙钛矿发光二极管色域广阔 . 6 图 6： 钙钛矿电池是第三代高效薄膜类太阳能电池的代表 . 7 图 7： 钙钛矿太阳能电池分为介孔型和平面型 . 7 table_page 行业深度报告 3/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 8：钙钛矿太阳能电池结构及工作原理示意图 . 8 图 9：钙钛矿太阳能电池 SEM 照片 . 8 图 10： 钙钛矿太阳能电池效率提升快（数据截至 2021 年 12 月 26 日） . 9 图 11： 各类太阳能电池实验室及产业化光电转化效率比较 . 10 图 12：太阳能电池产业化进程迭代历史 . 10 图 13： HJT 电池结构 . 11 图 14： TOPCon 电池结构 . 11 图 15：钙钛矿 -硅异质结叠层电池结构图 . 11 图 16：硅 -异质结叠层产品示意图 . 11 图 17： 钙钛矿 /硅异质结叠层太阳能电池效率记录达 29.2% . 12 图 18：钙钛矿 /晶体硅叠层电池效率的进展 . 12 图 19： 钙 钛矿太阳能电池产业链显著缩短 . 13 图 20：钙钛矿太阳能电池单位原材料投入显著低于晶硅类 . 14 图 21：钙钛矿太阳能电池可低温溶液制备 . 14 图 22：钙钛矿 太阳能电池组件单瓦能耗仅为晶硅的 1/10 . 14 图 23：电池片成本占晶硅组件成本的 60% . 15 图 24：钙钛矿成本仅占钙钛矿组件成本的 5% . 15 图 25：太阳能电池金三角 . 15 图 26： 钙钛矿不稳定的原因 . 16 图 27：钙钛矿太阳能电池稳定性的进展 . 16 图 28： 各种涂层技术制备的 PSCs 在随面积增大效率均有所降低 . 16 图 29： 晶硅太阳能电池的焊带中铅含量较高 . 17 图 30： 2009-2020 年 PSCs 专利申请量提升迅速 . 18 图 31：钙钛矿太阳能电池的大部分专利申请都来自中国 . 18 图 32：钙钛矿太阳能电池制备过程较晶硅类大幅简化 . 19 图 33：钙钛矿太阳能电池生产的主要设备为钙钛矿印刷设备及真空镀膜设备 . 20 图 34：钙钛矿太阳能电池具备高柔性的优势 . 23 图 35： 2025 年中国电动汽车总需求预计达 2450.5 万辆 . 24 图 36： 2025 年全球电动汽车总需求预计达 4978.2 万辆 . 24 图 37：晟成光伏合作客户 . 25 图 38： 2021 年晟成光伏部分公司荣誉 . 25 图 39：晟成光 伏主要产品体系 . 25 图 40：晟成光伏携手协鑫推进钙钛矿叠层电池产业化进程 . 26 图 41：德沪涂膜主要经营范围 . 26 图 42：德沪涂膜部分客户及合作伙伴 . 26 图 43：德沪涂膜可 提供从研发、中试到量产的系列精密溶液成膜设备、系统和全解决方案 . 27 图 44：协鑫光电管理层研发背景深厚 . 28 图 45：协鑫光电生产的钙钛矿组件 . 28 图 46：协鑫光电具有世界领先的钙钛矿各类设备 . 28 图 47：协鑫光电 100MW 产线布局 . 29 图 48： 极电光能研发的钙钛矿太阳能电池组件 . 29 图 49： 极电光能 150MW 试制线落地无锡 . 30 图 50：极 电光能未来产品规划 . 30 图 51：极电光能 “极曜 ”系列 BIPV 产品 . 30 table_page 行业深度报告 4/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 52：纤纳光电拥有年轻、高学历的管理团队 . 31 图 53：纤纳光电不断突破钙钛矿小组件转换效率世界纪录 . 31 图 54：众能光电专业从事钙钛矿太阳能光伏组件以及相关装备的研发和产业化 . 32 图 55：众能光电发展里程碑 . 33 图 56：众能光电 18.08%大面积器件认证效率世界先进 . 33 图 57： 万度光能结构及 100 平米可印刷钙钛矿太阳能电池板示范系统介绍 . 33 图 58：万度光能 2400-7300 的独栋研发生产中心 . 34 图 59：万度光能 800-2500 的现代服务产业创新平台 . 34 图 60：合特光电拟在全国落成数个产业基地 . 34 表目录 表 1：各类型钙钛矿太阳能电池世界纪录及保持单位（截至 2021 年 12 月 26 日） . 9 表 2：钙钛矿叠层电池组件效率上升 22%，每瓦成本却值上升了 6% . 12 表 3：预计钙钛矿太阳能电池单位产能投入是晶硅电池的 1/2 左右 . 13 表 4： 钙钛矿领域主要玩家及进展 . 20 表 5：钙钛矿太阳能电池设备市场空间测算 . 22 表 6：测算 2025 年 BIPV 潜在装机市场达 203GW，对应潜在市场规模达 1210 亿 . 23 表 7：钙钛矿设备厂商进展 . 24 表 8：钙钛矿太阳能电池主要生产厂商情况梳理 . 27 表 9：纤纳光电七次刷新钙钛矿小组件转换效率世界纪录 . 31 表 10：钙钛矿设备、材料、电池相关公司估值表 . 35 table_page 行业深度报告 5/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 1. 钙钛矿：最具潜力光电材料 之一 ，性能优异应用广泛 钙钛矿是一种分子通式为 ABX3 的晶体材料，呈八面体形状，结构特性优异。钙钛矿晶体的制备工艺简单，光电转换效率高，在光伏、 LED 等领域应用广泛 。 1.1. 结构特性优异的光电材料，光伏、 LED 等领域潜力大 钙钛矿是一种 具有很强光 -电转换效率的材料结构，应用广泛关注度高 。 钙钛矿（分子通式为 ABX3 的 一类晶体 材料 ），最早是 1839 年德国科学家 GustavRose 发现了元素组成为 CaTiO3 矿物，后来人们将具有这种晶体结构的物质统称为钙钛矿。在钙钛矿八面体结构中， A 是较大的阳离子， B 是较小的阳离子， X 是阴离子，每个 A 离子被 B 和 X 离子一起构成的八面体所包围。 钙钛矿材料由于其光吸收系数高、载流子迁移率大、合成方法简单等优点，被认为是下一代最具前景的光电材料之一。 图 1： 钙钛矿材料八面体结构示意图 资料来源： Nature Photonics，浙商证券研究所 光伏领域是钙钛矿结构材料的主要应用领域之一。 钙钛矿 结构可设计性强， 具有非常好的光伏性能，是光伏近年来的热门研究方向。 在钙钛矿的 ABX3 结构 中， A 是阳离子，如有机阳离子甲胺 CH3NH3+(MA+)、甲脒 NH2CH=NH2+（ FA+）、金属阳离子铯 Cs+、铷Rb+等； B 一般是二价金属阳离子，如铅离子 Pb2+、 锡离子 Sn2+； X 一般是卤素阴离子，常为氯离子 Cl-、溴离子 Br-、碘离子 I-等。 图 2： 钙钛矿太阳能电池结构及发电原理 图 3： 有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池光伏性能优异 资料来源： 科普中国， 浙商证券研究所 资料来源： Nature Photonics， 浙商证券研究所 table_page 行业深度报告 6/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 LED 领域是 钙钛矿 结构材料的另一重要应用领域，是下一代 照明或显示器 LED 的重要发展路径 。 以卤素钙钛矿材料作为有源区的钙钛矿发光二极管（ PeLEDs）近年来发展迅速。在典型的 PeLEDs“三明治”结构中，钙钛矿层位于 n 型电子传输层（ ETL）与p 型空穴传输层（ HTL）之间。首支室温 PeLEDs 于 2014 年问世，凭借发光光谱窄、色域广、制备成本低、效率高等优点被作为下一代显示和照明潜在应用技术之一，但由于高品质钙钛矿薄膜重复制备难度大、光输出耦合效率低、铅污染等问题仍待解决，目前距离商业化应用尚有一定的距离。 图 4： 钙钛矿发光二极管具有“三明治”结构 图 5： 钙钛矿发光二极管色域广阔 资料来源： 光电技术应用， 浙商证券研究所 资料来源：浙商证券研究所 除了光伏、 LED 领域之外，钙钛矿还在金属 -空气电池、固体氧化物燃料电池、催化剂、磁制冷材料、自旋电子学器件、氧分离膜、气敏材料、多功能导电陶瓷材料等方面具有广泛的应用 ，是极具发展潜力的新兴材料 。 1.2. 钙钛矿太阳能电池是第三代高效薄膜电池的代表 当前 太阳能电池 发展 包括 三代： 第一代： 以单晶硅、多晶硅为代表的硅晶太阳能电池，目前该技术已经发展成熟且应用最为广泛，但存在单晶硅太阳能电池对原料要求过高，以及多晶硅太阳能电池生产工艺过于复杂等问题。 第二代： 薄膜太阳能电池，以 CdTe、 GaAs 及 CIGS 为代表的的太阳能电池成为研究热点 ，该技术与晶硅电池相比，所需材料较少且容易大面积生产，成本方面优势较明显。 第三代： 基于高效、绿色环保和先进纳米技术的新型薄膜太阳能电池，如染料敏化太阳能电池（ DSSCs）、钙钛矿太阳能电池（ PSCs）和量子点太阳能电池（ QDSCs）等。 table_page 行业深度报告 7/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 6： 钙钛矿电池是第三代高效薄膜类太阳能电池的代表 资料来源：浙商证券研究所 钙钛矿太阳能电池 （ PSCs） 是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池。 PSCs 按照结构可分为介孔型和平面型。 在介孔结构的钙钛矿电池中，钙钛矿材料作为光敏化剂覆盖在多孔 TiO2 上，采用正置异质结结构；在平面结构的钙钛矿电池中，钙钛矿既是光吸收层，又是电子和空穴传输层，较介孔型结构不需要多孔金属氧化物股价，从而简化制备工艺。平面型钙钛矿太阳能电池分为正置和倒置。 图 7： 钙钛矿太阳能电池分为介孔型和平面型 资料来源： 网易新闻， 浙商证券研究所 钙钛矿太阳能电池各层作用： 玻璃：太阳光透过玻璃照射进来； 透明前电极（ TCO）： FTO 或 ITO 导电层，镀在玻璃上作为电池的光阳极； 电子传输层（ ETL）：通常为 TiO2 或 SnO2，覆盖在 TCO 表面，起到了将电子从钙钛矿传输到光阳极以及阻止空穴从钙钛矿传输到光阳极的作用； 介孔层：存在于介孔结构中，是钙钛矿的支架； 钙钛矿层：是光吸收层，吸收光并产生电子空穴对； 空穴传输层（ HTL）：将空穴从钙钛矿传输到金属对电极中，并同时阻止电子传输到金属对电极中； table_page 行业深度报告 8/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 金属对电极：作为电池的光阴极。 钙钛矿太阳能电池的工作原理 ：在光照条件下，钙钛矿化合物能够吸收光子，在吸收光子后其价带电子会跃迁至导带，导带电子随后被注入到 TiO2 的导带，然后被传输到FTO，与此同时空穴传输至有机空穴传输层（ HTL），从而电子 -空穴对分离，在接通外电路时，电子与空穴的移动产生电流。 有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池 禁带宽度约为1.5eV，消光系数高，几百纳米厚的薄膜即可充分吸收 800nm 以下的太阳光。 图 8： 钙钛矿太阳能电池结构及工作原理示意图 图 9： 钙钛矿太阳能电池 SEM 照片 资料来源： 化工管理， 浙商证券研究所 资料来源： 化工管理， 浙商证券研究所 2. 核心亮点：高效率、低成本优势，稳定、环保、大面积制备问题正突破 钙钛矿太阳能电池（ PSCs）是第三代高效薄膜电池的代表， 凭借良好的吸光性、电荷传输速率、巨大的开发潜力， 实现了高效率、高柔性、低成本， 被誉为“光伏领域的新希望” 。 钙钛矿太阳能电池还 可 通过 与 HJT 叠层 进一步提升光电转换效率，是未来产业化的重点发展方向。 钙钛矿太阳能电池 产业化 进程中 最 主要的问题在于解决 稳定性 问题、大面积制备问题和 环保性 问题。 2.1. 效率 ： 理论极值高于晶硅 ，可制叠层电池、产业化意义重大 PSCs 光电转换效率提升速度明显高于晶硅类。 钙钛矿太阳能电池（ PSCs）用了 10年左右的时间将转换效率从最初的 3.8%，提高至 25.7%（截至 2021 年 12 月 26 日），而这一进程晶硅类太阳能电池花费了四五十年。 table_page 行业深度报告 9/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 10： 钙钛矿太阳能电池效率提升快（数据截至 2021 年 12 月 26 日） 资料来源： NREL， 浙商证券研究所 单结 PSCs 当前最高转换效率达 25.7%， 理论转化效率 可 达 31%。 单结 PSCs 指只有一个 PN 结的 钙钛矿太阳能 电池， 多结 PSCs 指有多个 PN 结的钙钛矿太阳能电池，多结的 PSCs 光谱吸收效果更好、效率更高，但成本也更高。理论上单结 PSCs 最高光电转换效率可达 31%，多结 PSCs 最高光电转换效率可达 47%，显著高于晶体硅太阳能电池的29.4%。 表 1： 各类型钙钛矿太阳能电池世界纪录及保持单位（截至 2021 年 12 月 26 日） 钙钛矿太阳能电池世界记录 保持单位 更新时间 钙钛矿太阳能电池最高认证光电转化效率 25.7% 韩国蔚山国家科学技术研究所（ UNIST） 2021 年 12 月 23 日 钙钛矿 /硅叠层太阳能电池最高认证光电转化效率 29.8% 德国柏林亥姆霍兹研究中心（ HZB） 2021 年 11 月 22 日 钙钛矿 /硅 异质结 叠层太阳能电池最高认证光电转化效率29.2% 欧洲薄膜太阳能电池研究联盟（ Solliance） 2021 年 11 月 2 日 钙钛矿光伏组件最高认证稳态效率 21.4%/19.32cm 中国纤纳光电 2021 年 10 月 27 日 钙钛矿 /钙钛矿叠层太阳能电池最高光电转化效率 24.7%/JET认证 24.2% (1.05cm2) 中国南京大学谭海仁团队 2020 年 10 月 5 日 钙钛矿 /钙钛矿叠层太阳能电池最高光电转化效率 25.6%（ 0.0491cm2） 中国南京大学谭海仁团队 2020 年 10 月 5 日 柔性钙钛矿太阳能电池最高效率 21.75% 柔性钙钛矿太阳能电池最高效率 21.75% 2021 年 10 月 3 日 二维钙钛矿太阳能电池（ n 10）最高效率 21.07%(0.159cm2) 华中科技大学邵明 &张新亮团队 2021 年 10 月 14 日 资料来源： 全球光伏， 浙商证券研究所 table_page 行业深度报告 10/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 11： 各类太阳能电池实验室及产业化光电转化效率比较 资料来源： 太阳能杂志， 浙商证券研究所 钙钛矿带隙宽度可调，可制备高效叠层电池。 钙钛矿可制备 2 结、 3 结及以上的叠层电池，其中 2 结叠层电池有钙钛矿 -钙钛矿和钙钛矿 -晶硅叠层电池 两种，转换效率可提高到 40%左右， 3 结及以上钙钛矿叠层电池的理论转换效率更是能达到 50%左右。 图 12：太阳能电池产业化进程迭代历史 资料来源： SPIC，浙商证券研究所 HJT、 TOPCon 是太阳能电池产业化发展到第三阶段的代表 ，而钙钛矿 -异质结、钙钛矿 -TOPCon 叠层电池是第四阶段的支柱 。 虽然当前市场的主流技术路径仍是 PERC，0%5%10%15%20%25%30% 实验室最高光电转换效率 产业化光电转换效率 table_page 行业深度报告 11/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 未来 2-3 年 PERC 可能仍为市场主流，但其产线扩张已进入尾声。随着异质结（ HJT）、TOPCon 设备的成熟，太阳能电池将逐步进入第三阶段和第四阶段。 图 13： HJT 电池结构 图 14： TOPCon 电池结构 资料来源： 北极星太阳能光伏网， 浙商证券研究所 资料来源： 光伏测试网， 浙商证券研究所 钙钛矿与硅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。 根据禁带宽度从小到大、光谱波段由长到短，可依次将不同材料从底向顶罗列起来，形成叠层电池。硅异质结电池具有 1.1eV 的窄带隙，非常适合作为底电池，与之相匹配的顶电池带隙在 1.6-1.9eV之间。钙钛矿通过调整元素成分，可以获得一个从 1.5-2.2eV可调控的禁带宽度，当调节至合适带隙，与硅异质结底电池可形成高效率的两端叠层电池。 图 15： 钙钛矿 -硅异质结叠层电池结构图 图 16： 硅 -异质结叠层产品示意图 资料来源： 南开大学光电子薄膜器件与技术研究所 ， 浙商证券研究所 资料来源： Almaden， 浙商证券研究所 钙钛矿 -硅异质结叠层电池具备高效率、低成本优势，理论极限效率有望达 43%以上 。硅异质结电池在单晶硅电池高转换效率的基础上，有效降低了成本，是目前硅电池研究领域的主流方向。钙钛矿 -硅异质结叠层电池能更加合理地利用全光谱范围内的光子，减少能量损失，是突破单结电池效率极限的重要方法，根据 ACS Publications，钙钛矿 -硅异质结叠层太阳能电池的极限效率在 44%-45%，在单结钙钛矿太阳能电池 31%的基础上有显著提升。 table_page 行业深度报告 12/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 表 2：钙钛矿叠层电池组件效率上升 22%，每瓦成本却值上升了 6% 组件功率（ W） 组件成本（元） 每瓦成本（元 /W） 更新时间 晶硅单结 1 1 1 假设晶硅单结组件的成本极限是 1 元 /W 晶硅 -钙钛矿叠层 1.22 1.3 1.06 假设组件效率从 22%上升到27% 资料来源：协鑫光电，浙商证券研究所 当前钙钛矿 -硅异质结叠层电池实验室效率世界记录已达 29.2%。 2021 年 11 月， 荷兰应用科学研究组织（ TNO）、 EnergyVille 和 Eindhoven 理工大学的研究人员通过结合17.8%效率的透明双面钙钛矿光伏电池和松下研制的效率为 11.4%的高效背接触硅异质结电池，实现了 29.2%的转换效率，创造了新的世界纪录。 图 17： 钙钛矿 /硅异质结叠层太阳能电池效率记录达 29.2% 资料来源： Solliance， 浙商证券研究所 TOPCon 与钙钛矿叠层是另一种钙钛矿 /硅叠层电池路线。 目前国际上基于隧穿氧化硅钝化解除（ TOPCon）底电池的钙钛矿 /晶体硅叠层太阳电池的最高效率是 28.2%，由中国科学院宁波材料技术与工程研究所硅基太阳能及宽禁带半导体团体与浙江省能源集团联合研发，该器件采用了与产业化相兼容的黑硅纳米绒面和 TOPCon 结构的设计。 图 18： 钙钛矿 /晶体硅叠层电池效率的进展 资料来源：中科院宁波材料所 ， 浙商证券研究所 注：蓝色五角星代表中科院宁波材料所 table_page 行业深度报告 13/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2.2. 成本： 组件成本有望较晶硅大幅降低，原材料易得能耗较低 PSCs 产业链显著缩短，原材料到组件仅需 45 分钟。 晶硅电池在四个不同工厂内分别加工硅料、硅片、电池、组件，此过程需要至少耗时 3 天。协鑫纳米披露， 钙钛矿太阳能电池的生产 流程简单，可在 45 分钟内 将玻璃、胶膜、靶材、化工原料 在单一工厂内加工成为组件，产业链显著缩短，价值高度集中。 图 19： 钙钛矿太阳能电池产业链显著缩短 资料来源： SOLOR MAGAZINE， 浙商证券研究所 PSCs 产能投资 是晶硅的二分之一， 1GW 仅为 5 亿元。 协鑫光电总经理 范斌指出，晶硅 1GW 的产能 （ 硅料、硅片、电池、组件 ） 投资在 11.6 亿 ； 而协鑫纳米钙钛矿的第一条 100MW 设备产线投资在 1 亿元， 未来如规模量产后 将进一步降低。 表 3： 预计钙钛矿太阳能电池单位产能投入是晶硅电池的 1/2 左右 类型 1GW 产能投资额（亿元） 备注 晶硅 硅料 3.45 1GW 对应 3000 吨硅料 硅片 4 - 电池 1.5 PERC 组件 0.65 - 合计 9.6 - CIGS、 CdTe Turn-key 线 50 参考中建材泰州项目 钙钛矿 全部 5 从化工原料到组件 资料来源： 协鑫纳米，索比光伏网， 浙商证券研究所 预测 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，原材料更加易得。 晶 硅类 table_page 行业深度报告 14/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 太阳能电池的生产每年约需要 50 万吨硅料，而若全部替换为钙钛矿太阳能电池，大约只需要 1000 吨钙钛矿原料，因此 PSCs 不存在原材料瓶颈。 图 20：钙钛矿太阳能电池单位原材料投入显著低于晶硅类 资料来源：协鑫纳米，浙商证券研究所 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极大降低了生产能耗。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，单瓦能耗仅占晶硅的 1/10。 图 21： 钙钛矿太阳能电池可低温溶液制备 图 22： 钙钛矿太阳能电池组件单瓦能耗仅为晶硅的 1/10 资料来源： 协鑫纳米， 浙商证券研究所 资料来源： 协鑫纳米， 浙商证券研究所 PSCs 组件单 W 成本约 0.5 元，仅为晶硅极限成本的 50%。 在钙钛矿单片组件成本结构中，钙钛矿占比约 5%，玻璃、靶材等占 2/3， 理论 总成本约为 0.5-0.6 元，仅为晶硅极限成本的 50%。 1,700 150 02004006008001,0001,2001,4001,6001,800晶硅 钙钛矿最高工艺温度（ ）1.52 0.12 0.00.20.40.60.81.01.21.41.6晶硅 钙钛矿单瓦能耗（ KWh） table_page 行业深度报告 15/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 23： 电池片成本占晶硅组件成本的 60% 图 24： 钙钛矿成本仅占钙钛矿组件成本的 5% 资料来源： 全球光伏， 浙商证券研究所 资料来源： 协鑫纳米， 浙商证券研究所 2.3. 稳定性、大面积制备、环保性待突破，是制约产业化的最重要因素 稳定性是制约钙钛矿太阳能电池产业化的重要因素。 钙钛矿太阳能电池作为历史上发展最快的光伏技术，在效率及成本端均较晶硅类电池有优势，但主要缺点是寿命短（稳定性低）。目前钙钛矿太阳能电池的 T80 寿命（效率下降到初始值的 80%）约 4000 小时，距当前主流光伏技术的 25 年寿命相差甚远。从原因来看，钙钛矿太阳能电池不稳定的原因可以分为吸湿性、热不稳定性、离子迁移等内在因素，和紫外线、光照等外在因素。 图 25：太阳能电池金三角 资料来源： Journal of Semiconductors，浙商证券研究所 由于钙钛矿材料的可设计性，研发人员提出了各种应对方案解决稳定性问题。 针对热稳定性和化学稳定性，发展了全无机钙钛矿材料；针对水和高湿度不稳定性，引进了长链有机分子，发展了二维钙钛矿材料等 ；常用的锂盐掺杂的 Spiro 空穴传输层的稳定性比钙钛矿层还要低，因此提出了采用高稳定的无机材料替代有机功能层材料的解决方案；为应对扩散和离子迁移，提出了发展表面阻挡层、封装、“零维”钙钛矿材料等方案。 60%9%5%8%7%1%0%2%8%晶硅组件的制造成本结构电池片EVA背板铝边框玻璃焊带汇流条接线盒助焊剂 +其他辅材 +人工5% 3%9%14%37%32%钙钛矿组件的制造成本结构钙钛矿人工成本固定资产折旧能源动力电极材料玻璃及其他封装材料 table_page 行业深度报告 16/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 26： 钙钛矿不稳定的原因 图 27： 钙钛矿太阳能电池稳定性的进展 时间 工作环境 连续工作时长 （小时） 衰减 情况 备注 2016 年 标准光源 12000 无衰减 巴掌大小的钙钛矿 组件 2019 年 70 1800 衰减低于 5% 没有任何晶硅能做 到 2020 年 85，85%RH 2000 无衰减 - 2020 年 晶硅IEC61215标准 9000 无衰减 没有任何晶硅能做 到 资料来源： PCCP， 浙商证券研究所 资料来源： 协鑫纳米， 浙商证券研究所 目前 PSCs 大面积模块的效率仍远低于小面积 ，是制约产业化的另一难题。 小面积电池与大面积模块之间存在显著的效率差距的原因主要有：（ 1）溶液处理法下大面积薄膜的覆盖率、均匀性、平整度控制难度更高；（ 2）尺寸增大时，钙钛矿层的缺陷也增加，对光诱导载流子的提取和传输产生负面影响；（ 3）透明电极的电阻随面积增大而近似线性增加，使电池的串联电阻增加，性能下降。 高质量 均匀 大面积薄膜的制备方法有待突破 。 溶液旋涂法是实验室制备 PSCs 的常用方法，虽然操作简单、成膜速度快、重复性好，但无法满足钙钛矿太阳能电池大规模工业化生产所需要的大面积、低成本等制造要求。目前常用制备大面积钙钛矿生产工艺主要有刮涂法、狭缝涂布法、喷涂印刷、气相辅助沉积技术卷对卷法等。目前大面积钙钛矿太阳能电池的光电转换效率与旋涂法相比仍存在差距。 图 28： 各种涂层技术制备的 PSCs 在随面积增大效率均有所降低 资料来源： ADVANCED SCIENCE NEWS，浙商证券研究所 含铅钙钛矿存在环境污染风险 ，也是产业化待解决的问题 。 在典型的有机金属卤化物钙钛矿电池中含有铅元素，而铅元素一旦泄露会产生严重的环境污染问题，因此铅元素在国际许多国家和地区都被列为禁止使用的材料，与此同时，含铅钙钛矿电池的回收 table_page 行业深度报告 17/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 也是重要的研究课题。研究者们在努力向无铅化钙钛矿探索，但相应会带来电池转换效率的降低。 较晶硅行业用铅量来说，钙钛矿太阳能电池用铅量实际更低。 虽然硅片不含铅，但晶硅电池的焊带是铜箔涂铅的。每一个标准尺寸的晶硅组件中大概有 18 克左右的铅，而同样尺寸的钙钛矿组件含铅量不超过 2 克，仅为晶硅的 1/10。根据 RoHS 标准，晶硅组件中的铅含量不能超过 0.1%，而钙钛矿组件中的铅含量不足 0.01%，相对于晶硅电池更加环保。 图 29： 晶硅太阳能电池的焊带中铅含量较高 资料来源：索比光伏网，协鑫光电，浙商证券研究所 3. 产业化： 研发端国产领航突破不断，产业端落地进度 加速 钙钛矿太阳能电池的制备主要工艺为涂布及 PVD，生产流程比晶硅类大幅简化，目前处于设备工艺验证阶段。 产学研结合，我国钙钛矿领域蓬勃发展全球领先。学术方面，我国 钙钛矿太阳能电池 研发团队 齐发力，产研结合探索最具竞争力和性价比的技术路线 ，专利申请数占全球68%；产业端，本土钙钛矿设备厂商订单先行，部分已成功交付，本土钙钛矿太阳能电池生产厂商效率不断突破，融资进展顺利，已纷纷布局中试线。 3.1. 学术端： 学术研究中国领先，产业进程动力十足 学术方面， 钙钛矿太阳能电池 专利申请量呈爆发增长， 68%来自中国。 截至 2019 年12 月，中国的钙钛矿太阳能电池专利申请总量高达 2282 个，属于第一集团，远远高于专利申请总量在 200-300 件之间的日本、韩国和美国。 table_page 行业深度报告 18/36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 30： 2009-2020 年 PSCs 专利申请量提升迅速 图 31： 钙钛矿太阳能电池的大部分专利申请都来自中国 资料来源：高技术通讯，浙商证券研究所 资料来源：高技术通讯，浙商证券研究所 中国专利申请热情高涨的主要原因在于政策引导和地方扶持。 近年来，我国与太阳能技术有关的研发部书包括 863 计划、 973 计划、国家自然科学基金、重点研发计划等项目，很大程度上引导和激发了科研机构的研究热情。根据高新技术企业认定管理办法，企业申请成为高新技术企业必须要满足知识产权数量和质量的相关规定，各地方积极出台促科技发展办法鼓励专利申请，一系列资助催生了大批新兴光伏企业。 4 12 14 31 84 304 534 657 680 798 1,080 1,037 02004006008001,0001,2002009年2010年2011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年2019年2020年专利家族数（个） 2282336 296 230