2022年中国钙钛矿电池行业概览：获九部门“点名”认可，有望成为下一代光伏技术新路线

研究报告2022/09 www.leadleo.com 2022年 中国钙钛矿电池行业概览：获九部门“点名”认可，有望成为下一代光伏技术新路线 2022ChinaPerovskiteBatteryIndustry 2022年の中国ペロブスカイト電池産業の概要 （摘要版） 报告标签：钙钛矿、光伏、储能、碳中和主笔人：鲍金玲 报告提供的任何内容（包括但不限于数据、文字、图表、图像等）均系头豹研究院独有的高度机密性文件（在报告中另行标明�处者除外）。未经头豹研究院事先书面许可，任何人不得以任何方式擅自复制、再造、传播、�版、引用、改编、汇编本报告内容，若有违反上述约定的行为发生，头豹研究院保留采取法律措施、追究相关人员责任的权利。头豹研究院开展的所有商业活动均使用“头豹研究院”或“头豹”的商号、商标，头豹研究院无任何前述名称之外的其他分支机构，也未授权或聘用其他任何第三方代表头豹研究院开展商业活动。 钙钛矿的命名来自于俄罗斯矿物学家Perovski的名字，1839年，德国科学家GustavRose在俄国考察中在乌拉尔山脉发现元素组成为CaTiO₃矿物，为纪念俄国矿物学家LevAlekseyevichvonPerovski，GustavRose将该矿物命名为“Perovskite”。钙钛矿最初是单质钛酸钙 （CaTiO₃）这种矿物，后来则将结构为ABX₃以及与之相似的晶体统称为钙钛矿物质，所以钙钛矿太阳能电池中既没有钙也没有钛。在钙钛矿八面体结构中，A属于较大的阳离子，B属于较小的阳离子，X是阴离子，每个A离子都被B和X离子一起构成的八面体包围。由于钙钛矿光吸收系数高、载流子迁移率大、合成办法简单等优点，钙钛矿材料被认为是下一代最具前景的光电材料之一。本文聚焦于中国钙钛矿电池发展，将解答以下几个问题：(1)钙钛矿电池的核心亮点是什么？（2）哪些因素制约了钙钛矿电池的发展？（3）钙钛矿电池的产业链覆盖了哪些行业？ 报告要点速览 观点提炼 • • • 钙钛矿电池极限转换效率优势突🎧，远高于晶硅、HJT、TOPCon，且其能带间隙可调节，因此可进一步优化性能和拓展应用场景，此外，其有望将弱光充分利用起来进行发电。 钙钛矿电池的制程耗时仅需45分钟，且仅在单一工厂即可完成组件，且钙钛矿电池产能投资额仅为晶硅的一半，此外钙钛矿原材料对杂质不敏感，容易获得，用量少，成本优势明显。 •钙钛矿电池具备更高的转换率和更低的成本，因此被寄予厚望，但也存在稳定性差、大面积制备较难以及环境污染等问题，钙钛矿电池还需要时间将各种问题有效解决，加快产业进度。 钙钛矿太阳能电池制备工序较简单，产业链较短，上游主要是钙钛矿原材料和制造设备；中游以钙钛矿电池制造商为主，钙钛矿电池仍处于试产筹划阶段；下游以光伏和电动车应用为主。 钙钛矿电池是第三代非硅薄膜电池的代表，高转换效率、低成本的优势突🎧，各国纷纷�台政策促进钙钛矿电池发展，中国政府仅在2022年下半年就已发布三项有关政策，足见其重要性 钙钛矿电池全球政策梳理：各国纷纷促进钙钛矿发展 中国、美国、日本、韩国关于促进钙钛矿技术发展的相关政策、措施，2020-2022年 时间 政策/会议 颁布单位 主要内容 中国 2022-08-29 《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》 工信部、财政部、商务部等五部门联合印发 发挥重大工程牵引带动作用，鼓励具备基础和条件的地区，积极推进电力装备重点领域技术和产品推广应用。其中，太阳能装备方面，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。 2022-08-18 《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030 年)》 科技部、发改委、工信部等九部门联合印发 提�到2025年实现重点行业和领域低碳关键核心技术的重大突破；到2030年，进一步研究突破一批碳中和前沿和颠覆性技术。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。 2022-06-01 《“十四五”可再生能源发展规划》 发改委、国家能源局、财政部等九部门联合印发 加强前瞻性研究，加快可再生能源前沿性、颠覆性开发利用技术攻关。重点开展超大型海上风电机组颜值、高海拔大功率风电机组关键技术研究，开展光伏发电户外实证示范，掌握钙钛矿等新一代高效低成本光伏电池制备及产业化生产技术，突破适用于可再生能源灵活制氢的电解水制氢设备关键技术，研发储备钠离子电池、液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池、锂硫电池等高能量密度储能技术。 2022-04-02 《“十四五”能源领域科技创新规划》 国家能源局科学技术部 推动钙钛矿光伏电池进行示范试验研究。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。 美国 2022-07-14 拜登-哈里斯政府政策扶持钙钛矿 美国能源部 美国能源部(DOE)太阳能技术办公室(SETO)宣布了2022财年光伏研究与开发(PVRD)的资助机会，将为降低成本和供应链漏洞、进一步开发耐用的项目提供2900万美元的资金和可回收太阳能技术，并将钙钛矿光伏（PV）技术推向商业化。在2,900万美元中，1,000万美元将由拜登总统的两党基础设施法资助，以增加太阳能技术的再利用和回收。 日本 2021-05-26 《全球变暖对策推进法》 日本国会参议院 提�到2050年实现碳中和，到2050年将温室气体总排放量减少到零。通过开发下一代太阳能电池（钙钛矿太阳能电池）的基础技术，以及为实现产品规模化的各种制造工艺（涂层工艺、电极形成和密封工艺）技术的研发，该项目的目标是实现到2030年，与传统硅太阳能电池相同的电费为14日元/kWh或更低。 韩国 2020-09-12 针对本国国内太阳能组件行业的新路线图 韩国贸易、工业和能源部 该路线图计划大力投资于高效、昂贵的产品，例如基于串联太阳能电池的面板。根据该文件，韩国国内太阳能制造商和研究机构期望基于硅和钙钛矿的串联太阳能电池技术将成为下一代光伏产品最有希望的候选者。未来五年，约有1,900亿韩元（1.597亿美元）的公共投资将用于串联光伏技术的研究，希望到2023年达到26%的效率，到2030年达到35%的效率。 从太阳能光伏电池技术产业化进度看，现阶段的主流技术路径依然是PERC，未来2-3年可能仍为主流，随着HJT、TOPCon设备的成熟，太阳能电池将逐渐步入第三阶段和第四阶段 太阳能光伏电池技术产业化进程 太阳能光伏电池技术产业化进度，2010-2030年 17%20% 24.5% 28.7% 29.4% 50% 转换效率 50% 29.4% BSFl 2015 80% 20% 2010 叠层钙钛矿电池理论极限 硅晶电池理论极限 晶硅叠层 单结晶硅 第一阶段： 电池 铝背场结构电池在 年市占率达 以上的市场，该技术的明显缺陷是铝背板的发射光效率较低， 光电效应转换率大约在 年 从太阳能光伏电池的技术产业化进度来看：第一阶段为BSF电池阶段（2010-2020），光电转换率较低，约为20%；第二阶段为PERC电池阶段 PERC 2016 第二阶段： 背板发射率较低、光电转化效率低下的问题， 背板上进行镀膜钝化的工艺，提高了光伏组件的发电效率，电池 理论转换效率上限为 已进入尾声。 左右。 （2016-2025）， PERC 24.5% 90% 电池 电池是现阶段的主流太阳能光伏电池，针对常规的 ，发展至 年 PERC从2016年开始发力，2021年市占率已高达91.2%，是现阶段的主流技术，但行业公认转换效率已达上 2017 限；第三阶段为HJT、 2020 ，行业公认已经到达极限，产线扩张 年依然占据 TOPCon电池阶段 （2020-2030），转 HJTTOPCon 27.5% 28.7% PERC 2022 第三阶段： 、 换率为 ，有望逐步替换现阶段的 本过高、工艺复杂的问题。 年 换效率更高，且TOPCon生产线可基于PERC生产线改造而成，而HJT生产线需 HJT ，还可进一步提升， 年 重新建设；第四阶段 2 31.3% -TOPCon TOPCon BSF 2025 第四阶段：晶硅钙钛矿叠层电池 业内预计未来通过使用新型材料的钙钛 矿太阳电池器件的转换效率最高能达左右，是现阶段商业化的太阳电池转换效率的倍左右，钙钛矿硅叠层光伏电 池转换效率已达 钙钛矿支柱。 、 电池光电转化率极限更高，如 电池 电池通过在 为晶硅+钙钛矿叠层电池阶段（2030以后），钙钛矿-异质 + 50% - - HJT TOPConPERC 。钙钛矿异质结、 叠层电池是第四阶段的 电池 最高转换率为 电池，但均存在成 年 结、钙钛矿-TOPCon叠层电池是第四阶段的支柱。 2030 最高转 年 现阶段市场的主流技术路径依然是PERC，未来2-3年可能仍为主流，但其产线扩张已进入尾声。 2020年后，随着异质结（HJT）、TOPCon设备的成熟，太阳电池将逐步进入第三阶段和第四阶段。 钙钛矿电池极限转换效率优势突🎧，远高于晶硅、HJT、TOPCon，且其能带间隙可调节，因此可进一步优化性能和拓展应用场景，此外，其有望将弱光充分利用起来进行发电 钙钛矿电池核心亮点：性能优势突� 不同电池结构类型太阳能电池理论极限转换效率对比 29.4% 24.5% 27.5% 28.7% 31.0% 35.0% 晶体硅太阳能电池普通单晶硅电池 HJT电池TOPCon电池 钙钛矿单层电池晶硅/钙钛矿双节叠层钙钛矿三节层电池 单位：% 45.0% 钙钛矿电池极限转换效率优势突�。对于晶硅太阳能电池来说，其理论极限转换效率为29.4%，普通单晶硅电池在理想状态下转换效率极限为24.5%，HJT电池理论极限转换效率为27.5%，TOPCon电池理论极限转换效率为28.7%。但相比之下，钙钛矿单层电池理论效率极限可达31%，晶硅/钙钛矿双节叠层效率可达35%，三节层电池理论极限则可跃升至45%，且如果在钙钛矿中掺杂新型材料，其转换效率最高可达50%。钙钛矿转换效率更高的原因是作为吸收层的钙钛矿禁带宽度为1.5eV左右，吸收波长范围更窄，但吸收系数很大。 光伏电池和晶硅电池在弱光下的发电率对比 光伏电池 晶硅电池 钙钛矿电池的弱光性能优势突�。理论研究表明，光伏电池在弱光下的发电效率与能带间隙有关，在接近2eV带隙时，光伏电池在弱光下的发电效率高达52%，而钙钛矿材料带隙可调、光吸收系数较高，且对杂质不敏感，其在弱光下仍具有突�的光电转换效率，据了解，钙钛矿光伏电池在200Lux的弱光下仍可输🎧25%以上的光电转换效率。相比而言，晶硅的带隙约为1.1eV，离2eV相差甚远，弱光下发电效率极低。钙钛矿优异的弱光性能，意味着其有望将室内照明的弱光和室外的弱光利用起来进行发电，这也是钙钛矿光伏与传统硅基光伏一个显著区别。 钙钛矿材料能带间隙可调节，较为灵活。晶硅太阳能电池只有单一的带隙，因此其性能的优化空间和应用场景都十分受限。而钙钛矿材料可以通过调节组分，使能带间隙在1.4-2.3eV之间调节，进而衍生 �更多的应用。如：将钙钛矿间隙调整至2eV左右，可有效利用弱光进行发电；而将钙钛矿薄膜做成不同颜色或者半透明状态，则可用在质轻的柔性基底实现建筑光伏一体化，即BIPV或BAPV；也可以通过调节间隙将钙钛矿制作成叠层电池，从而使不同