钙钛矿太阳能电池行业深度：光伏新技术前瞻之钙钛矿太阳能电池：崛起的第三代太阳能电池，产业化进程再提速

行业深度报告 2023年03月28日 光伏新技术前瞻之钙钛矿太阳能电池：崛起的第三代太阳能电池，产业化进程再提速 ——钙钛矿太阳能电池行业深度 核心观点 钙钛矿电池为第三代新型太阳能电池，效率提升速度快且潜力大。钙钛矿材料指ABX3有机-无机金属卤化物，A为有机阳离子、B为二价金属阳离子、X是卤素离子，目前较常见的钙钛矿太阳能电池原材料为碘铅甲胺。从效率提升进程来看，钙钛矿太阳能电池诞生十余年，单结效率从3.8%跃升至25.7%；单结/叠层理论极限效率分别高达33%/45%，仍有较大提升空间。从结构来看，钙钛矿电池分为介孔型和平面型，正式和反式，目前较主流的为平面反式结构，具有制备工艺简单、可低温制备、成本低等优点，但具有效率不高的缺点。 钙钛矿电池具有降本增效和应用场景广泛等优势，仍面临稳定性差和大面积制备效率下降的挑战。优势包括：1）低成本，钙钛矿原材料成本低且用量和纯度要求小，生产过程能耗低，大规模量产后钙钛矿组件 评级推荐（维持）报告作者 作者姓名段小虎 资格证书S1710521080001 电子邮箱duanxh@easec.com.cn 联系人柴梦婷 电子邮箱chaimt@easec.com.cn 股价走势 总成本约为0.5-0.6元/瓦，是晶硅组件极限成本的50%；2）高效率，钙 钛矿材料带隙更接近最优带隙，且带隙可调，适合做效率潜力更高的叠层电池；3）应用场景广泛，柔性和轻质特点使其适用于BIPV和汽车光伏，带隙可调性使其适用于室内光伏。挑战包括：1）稳定性差导致寿命短，材料本身具有不稳定性且与各功能层易相互影响；2）大面积制备效率下降，制备工艺的局限性导致大面积制备钙钛矿薄膜均匀性变差，缺陷增多，且尺寸增大时电池非光活性死区面积增大，有效光照面积减小。 钙钛矿组件生产效率高，各功能层制备材料、技术、设备均未定型。钙钛矿组件从原料进去到成品出来仅需约45分钟，且可在单一工厂完成，生产效率高。从材料端来看，功能层材料选择未定型，空穴/电子传输层材料分有机和无机体系。钙钛矿组件对水汽阻隔要求高，催生丁基胶和POE胶膜需求。从技术端来看，传输层制备路线包括PVD、RPD、ALD，钙钛矿层制备分为干法和湿法，目前较主流的产业化选择是狭缝涂布法 （湿法），具有原料利用率高、可重复性好、成本较低等优点。从设备端来看，核心设备包括镀膜设备、涂布/蒸镀设备、激光设备和封装设备，镀膜设备价值量占比最高，激光设备最具确定性。 钙钛矿电池产业化进程再提速，头部厂家已落地百兆瓦级产线。钙钛矿电池产业处于0-1发展阶段，基于钙钛矿材料本身具备高效率低成本的优势，叠加各研发团队在技术上不断进步，包括效率、稳定性等方面突破，使其逐渐走出实验室。在技术突破主导下，政策+资本（一级市场资金关注度高，头部厂家完成多轮融资且有知名投资者入局）加持下，产业化进程不断提速，目前头部厂商如协鑫光电、纤纳光电、极电光能等已落地百兆瓦产线，纤纳光电已完成首批钙钛矿组件出货，且各厂商研发和量产效率正在持续爬坡中，预计明后年内GW级产线有望落地。 投资建议 产业仍处于0-1阶段，我们认为在发展初期，基于率先释放业绩角度的考虑，建议抓住核心设备（德龙激光、大族激光、迈为股份、帝尔激光、杰普特、捷佳伟创、京山轻机、奥来德等）和核心辅材（金晶科技、耀皮玻璃、隆华科技、阿石创、福斯特、海优新材、赛伍技术、明冠新材、康达新材等）两条投资主线，后期建议关注电池组件企业。 风险提示 产业化进程不及预期；下游需求不及预期；资本投入不及预期。 相关研究 《【电新】2022年国内光伏新增装机量达87.41GW，储能锂电池出货量达到130GWh_20230130》2023.01.30 《【电新】光伏产业链中下游环节价格降幅放缓，工商业储能迎用户入市机遇_20230116》2023.01.16 《【电新】国家能源局强调新型电力系统储能建设，光伏装机项目经济性持续提升 _20230109》2023.01.09 《【电新】光伏电池片价格跌幅加剧，特斯拉4680电池产业化进程加快_20230103》2023.01.03 《【电新】硅片环节价格战开启竞争加剧，多省市峰谷电价差拉大利好储能产业_20221226》2022.12.26 行业研究 ·综合电力设备商 ·证券研究报告 正文目录 1.引言4 2.简介：第三代新型太阳能电池，转换效率飞速提升4 2.1.定义及原理：钙钛矿指具有ABX3型化学组成的化合物，发电原理基于光生伏特效应4 2.2.发展历程：诞生十余年，单结转换效率从3.8%跃升至25.7%6 2.3.分类及结构：第三代新型太阳能电池，反式平面型为较常见结构8 3.优点及产业化痛点：降本增效为最主要优势，仍存在稳定性差和大面积效率下降的挑战10 3.1.优点：成本低+转换效率高+应用场景广泛10 3.2.产业化痛点：稳定性差导致寿命短、大面积制备效率低13 4.生产流程、材料、技术和设备：生产效率较晶硅电池大幅提升，材料、技术和设备均未定型15 4.1.生产流程：制作过程仅需45分钟，可在单一工厂完成15 4.2.材料端：电子和空穴传输层分为有机和无机材料体系，催生丁基胶和POE需求16 4.2.1.功能层材料：电池材料选择未定型，分为有机和无机材料体系16 4.2.2.辅材：钙钛矿组件对水汽隔离要求高，催生丁基胶和POE胶膜需求18 4.3.设备端：不同技术路线催生不同的设备需求，镀膜设备价值量占比最高20 4.3.1.涂布设备：钙钛矿层产业化制备以湿法中的狭缝涂布法为主，催生涂布设备需求21 4.3.2.镀膜设备：PVD为最成熟的选择，镀膜设备价值量占比最高24 4.3.3.激光设备：钙钛矿对激光精度要求高，激光设备最具确定性26 4.3.4.封装设备：阻隔性能要求高，对标OLEDs封装27 5.产业化进程：技术进步主导，政策+资本加持，产业化进程再提速28 5.1.政策：钙钛矿太阳能电池获国家认可，政策陆续出台助力产业发展28 5.2.资本：一级市场资金关注度高，头部厂商完成多轮融资30 5.3.厂商进展：百兆瓦产线落地，GW级产线有望在未来两年内落地32 5.3.1.协鑫光电：全球首条大尺寸100MW量产线建设者，组件量产效率已达16%34 5.3.2.纤纳光电：率先实现钙钛矿组件出货，多次刷新钙钛矿小组件效率记录34 5.3.3.极电光能：全球规模最大的钙钛矿光伏组件生产线建设者，GW级产线有望2024年投产35 5.3.4.仁烁光能：全球首条全钙钛矿叠层光伏组件研发线建设者，预计今年150MW产线投产36 6.投资建议37 7.风险提示38 图表目录 图表1.钙钛矿太阳能电池产业链图谱4 图表2.有机-无机杂化的钙钛矿材料晶体结构5 图表3.钙钛矿太阳能电池发电原理（以反式结构为例）6 图表4.钙钛矿电池历史发展进程7 图表5.钙钛矿/晶硅叠层电池转换效率进展8 图表6.太阳能电池类型9 图表7.钙钛矿电池类型10 图表8.钙钛矿电池组件成本构成11 图表9.不同电池开路电压与带宽的对比12 图表10.钙钛矿型化合物带隙对比12 图表11.钙钛矿太阳能电池适用环境13 图表12.影响钙钛矿太阳能电池稳定性的因素14 图表13.不同类型太阳能电池光电转换效率和器件面积关系15 图表14.钙钛矿电池生产流程16 图表15.ITO、FTO、AZO技术参数对比17 图表16.空穴传输层和电子传输层材料选择概览18 图表17.POE与EVA对比19 图表18.丁基胶于其他密封胶水汽透过率对比（样品厚度1mm）19 图表19.溅射靶材工作原理20 图表20.钙钛矿太阳能电池生产流程及相关设备21 图表21.不同方法制备钙钛矿层示意图（湿法）22 图表22.狭缝涂布法和刮刀涂布法参数对比22 图表23.干湿法制备钙钛矿层技术对比23 图表24.气相辅助溶液法示意图23 图表25.涂布/蒸镀设备相关企业及布局进展24 图表26.PVD、ALD技术比较25 图表27.镀膜设备相关企业及布局进展26 图表28.激光在各环节应用26 图表29.激光设备相关企业及布局进展27 图表30.钙钛矿组件封装方式28 图表31.封装设备相关企业及布局进展28 图表32.钙钛矿太阳能电池领域相关政策/会议及内容30 图表33.钙钛矿太阳能电池企业融资进展31 图表34.钙钛矿电池企业梳理（不完全统计）33 图表35.协鑫光电发展进程及产能规划34 图表36.纤纳光电发展进程及产能规划35 图表37.极电光能发展进程及产能规划36 图表38.仁烁光能发展进程及产能规划37 图表39.核心标的估值表（Wind一致预期）38 1.引言 光伏发电已进入了平价时代，下一步即是向光储平价时代迈进，在这个过程中，行业降本增效的诉求更为强烈。实现降本增效的主要路径即是在制造端不断进行技术迭代，我们认为把握新技术发展为光伏行业主要推荐投资主线之一。目前太阳能电池技术正在从传统P型PERC电池向TOPCon、HJT、xBC等N型技术过渡。更远期来看，从效率来看，晶硅电池理论极限转换效率为29.43%，单结/叠层钙钛矿电池理论转换效率将达到33%/45%，钙钛矿电池具有更大的效率提升潜力；从成本来看，在原材料成本低、能耗低、生产效率高等助力下，大规模量产后的钙钛矿组件生产成本仅为晶硅组件极限成本的50%。钙钛矿电池的发展有望推动行业进一步降本增效，向光储平价时代迈进。钙钛矿电池产业目前仍处于从0到1的阶段，但产业化进程正在不断提速：今年多家企业百兆瓦产线落地投产，预计GW级设备招标有望在年内启动，GW级产线有望在明后年落地。从投资角度来看，我们认为钙钛矿主题有望受到持续关注，相关设备及核心辅材将率先迎来投资机遇。 图表1.钙钛矿太阳能电池产业链图谱 资料来源：各公司公告，东亚前海证券研究所 2.简介：第三代新型太阳能电池，转换效率飞速提升 2.1.定义及原理：钙钛矿指具有ABX3型化学组成的化合物，发电原理基于光生伏特效应 钙钛矿诞生于1839年，广义钙钛矿指具有ABX3型化学组成的化合物。1839年，钙钛矿（Perovskite）被俄罗斯科学家发现并以其名字来命名。1978年，Weber将甲铵离子引入晶体中，便形成了具有三维结构的有机-无机杂 化钙钛矿材料（为钙钛矿太阳能电池的重要原材料）。钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。广义的钙钛矿是指具有ABX3型的化学组成的化合物，其中A（A=Pb2+,Na+，Sn2+，Sr2+,K+,Ca2+,Ba2+等）是大半径的阳离子，B（B=Ti4+,Mn4+,Zr4+，Fe3+,Ta5+等）是小半径的阳离子，X（X=F-,Cl-,Br-,I-,O2-等）为阴离子。 ABX3有机-无机杂化钙钛矿材料更适用于光伏领域，其具有三维结构。在众多钙钛矿材料类型里，具有高介电常数的BaTiO3或一些金属氧化物钙钛矿（如PbTiO3、SrTiO3、BiFeO3等）吸光能力较差，在收集自由电荷方面效率较低，不适用于光伏领域。相比之下，Weber首次发现的具有三维结构的有机-无机杂化钙钛矿材料具有合成方法简单、光电性能优异等优势，更适用于光伏领域。从钙钛矿材料具体形态结构来看，典型的ABX3有机-无机钙钛矿材料中，A位为有机阳离子，如甲铵离子，甲脒离子，占据了正方体的八个定点；B位为二价金属阳离子，如Pb2+、Sn2+等，处于正方体的体心；X是卤素离子，如Br-、I-和Cl-，占据了面心。目前较为常见的钙钛矿太阳能电池原材料为碘铅甲胺（MAPbI3）。 图表2.有机-无机杂化的钙钛矿材料晶体结构 资料来源：《低成本制备高效率钙钛矿太阳能电池的研究》，东亚前海证券研究所 钙钛矿太阳能电池发电原理基于光生伏特效应，利用电子和空穴对产生电流。钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，其工作基于半导体的光生伏特效应，即在光照条件下钙钛矿材料内部处于发射区、势垒