大面积组件效率突破18%，钙钛矿产业化有望迎来加速

大面积组件效率突破18%，钙钛矿产业化有望迎来加速 行业评级：增持 分析师：邹润芳 证券执业证书号：S0640521040001 研究助理：闫智 证券执业证书号：S0640122070030 分析师：卢正羽 证券执业证书号：S0640521060001 行业报告：先进制造行业周报 2023年11月26日 中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文后的免责条款部分 股市有风险入市需谨慎 重点推荐：华中数控、新莱应材、纽威股份、宝明科技、骄成超声、贝斯特、软通动力、天融信、航锦科技、奥特维 核心个股组合：华中数控、新莱应材、纽威股份、宝明科技、骄成超声、五洲新春、贝斯特、国茂股份、天融信、软通动力、航锦科技、华伍股份、奥特维、罗博特科、高测股份、捷佳伟创、科威尔、绿的谐波、埃斯顿 本周专题研究：钙钛矿电池具有带隙可调、工序简单、生产流程较短、成本低的优点，逐步由实验室走向工厂实现产业化。钙钛矿电池工艺流程包括薄膜制备、激光刻蚀、封装三大步，其中薄膜制备为核心，制备大面积、高性能、高稳定性的均匀薄膜是主要的技术痛点。薄膜沉积工艺路线多样化，包括溶液法和气相法，可单独或组合使用，溶液涂布技术中狭缝涂布进展较快，气相法主要采用蒸发镀膜的方案。根据协鑫光电11月23日披露，1m*2m钙钛矿单结组件认证效率达到18.04%，随着宁德时代、京东方、比亚迪、中国核电等产业龙头纷纷布局钙钛矿技术，钙钛矿产业化进程有望加速。建议关注：1）整线设备供应商：捷佳伟创、京山轻机；2）涂布设备供应商：曼恩斯特；3）镀膜设备供应商：捷佳伟创、京山轻机、微导纳米、奥来德。 重点跟踪行业： 锂电设备，全球产能周期共振，预计21-25年年均需求超千亿，国内设备公司优势明显，全面看好具备技术、产品和规模优势的一二线龙头； 光伏设备，设备迭代升级推动产业链降本，HJT渗透率快速提升，同时光伏原材料价格下降有望刺激下游需求，看好电池片、组件设备龙头； 换电，2025年换电站运营空间有望达到1357.55亿元，换电站运营是换电领域市场空间最大的环节，看好换电站运营企业； 储能，储能是构建新型电网的必备基础，政策利好落地，发电、用户侧推动行业景气度提升，看好电池、逆变器、集成等环节龙头公司； 半导体设备，预计2030年行业需求达1400亿美元，中国大陆占比提高但国产化率仍低，看好平台型公司和国产替代有望快速突破的环节； 自动化，下游应用领域广泛的工业耗材，市场规模在400亿左右，预计2026年达557亿元，看好受益于集中度提高和进口替代的行业龙头； 氢能源，绿氢符合碳中和要求，光伏和风电快速发展为光伏制氢和风电制氢奠定基础，看好具备绿氢产业链一体化优势的龙头公司； 工程机械，强者恒强，建议关注行业龙头，看好具备产品、规模和成本优势的整机和零部件公司。 可调节带隙材料，转换效率迅速提升。光伏中的“钙钛矿”是一类具有CaTiO3型结构材料的总称，钙钛矿晶体为ABX3结构,一般为立方体或八面体结构，通过改变A、B、X三种离子的种类和混合比，可以达到带隙从1.17-3.11eV之间的连续调控。钙钛矿电池转化效率从2009年的3.8%飞速提升，2023年11月，乐天钙钛矿与中科院化学所合作钙钛矿电池实现26.25%的权威第三方转化效率，钙钛矿通过十余年的发展几乎赶上了晶硅电池半个世纪所取得的效率。 生产流程较短，可通过一条产线实现原材料到组件的制备。钙钛矿电池包括常规的n-i-p或倒置的p-i-n结构，以p-i-n结为例，电池结构通常由透明导电玻璃、致密层、钙钛矿吸收层、有机空穴传输层、金属背电极五部分组成，其中光吸收层由钙钛矿材料组成，是整个电池结构的核心位置，其成膜质量好坏直接决定了器件性能优劣。相较于晶硅电池由硅料、硅片、电池厂、组件的多厂组合生产结构，钙钛矿电池由一条生产线即可组成生产线，实现生产成本的降低。 图表：钙钛矿材料晶体结构 图表：钙钛矿型薄膜太阳能电池结构 钙钛矿层均匀制备是痛点，薄膜沉积工艺多样化。钙钛矿电池工艺流程包括薄膜制备、激光刻蚀、封装三大步，其中薄膜制备为核心，制备大面积、高性能、高稳定性的均匀薄膜是主要的技术痛点。从具体技术选择看，薄膜沉积工艺路线多样化，包括溶液法（湿法制备）和气相法（干法制备），可单独或组合使用。 图表：指导意见部署重点突破“大脑”、“小脑”、机器肢、机器体关键技术 溶液涂布技术包括狭缝涂布法、刮涂法、喷涂法、喷墨打印等，其中狭缝涂布法进展较快。狭缝涂布法作为先进的预计量涂布技术，通过控制系统将前驱体墨水按照设定参数均匀地从狭缝涂布头中连续挤压至基底上以形成连续、均匀液膜，具有能获得较高精度涂层的优点，目前进展较快，其工艺流程主要包括放卷-涂布-纠偏-烘烤-收卷步骤。狭缝涂布设备主要由收放卷系统、涂布系统、烘干系统几个部分组成，其中涂布系统为核心，主要包括供料单元和涂布单元，从构造上看，涂布模头组合使用左右成对的不锈钢主体和作为涂布口的硬质合金刀头。 溶液涂布技术技术方法 图表：溶液涂布主要技术路线图表：涂布工艺流程 刮刀涂布法利用刮刀与基底的相对运动，通过刮板将前驱体溶液分散到预制备基底上的 狭缝涂布法 将前驱体墨水存储在储液泵中，并通过控制系统将其按照设定参数均匀地从 狭缝涂布头中连续挤压至基底上以形成连续、均匀液膜的一种沉积方法，该 方法是工业上液相连续制膜的常用技术 放卷机构由放卷轴、过辊、接带平台、张力控制系统、放卷纠偏系统等组成。基材 首先经放卷轴开卷，后经由过辊、接带平台以及张力检测辊进入涂布头 放卷 具备内容 涂布工序 一种液相制膜方法 纠偏 通过纠偏装置修正卷材在向前运动中出现的侧边误差，确保在行进过程中的卷材始 终从预先设定的位置经过，防止材料出现蛇形现象或进入下一工序时出现边缘不齐 涂布不同的涂布方式的体现的效果不同，狭缝涂布工作时涂布液在一定压力、一定流量下经过过滤装置、传送装置后，沿着涂布模具的缝隙挤压喷出而涂布到基材上 喷涂法通过对喷枪内的前驱液施加压力，使溶液从喷嘴喷出后分散成微小的液滴并 均匀沉积到基底上的一种液相薄膜沉积技术 烘烤将外部的热量传导到电池极片，完成热交换的过程。对应的加热介质有热风、红 喷墨打印法 通过控制打印腔内压力的变化将前驱体墨水从打印头喷出并打印到预沉积基 底上的一种薄膜沉积方法 收卷 烘干之后会进行面密度测试以及收卷纠偏最后用卷筒卷取即收卷。其中面密度测量 通常使用β射线或X射线穿过物体后衰减的强度进行测定 外微波等 真空蒸发镀膜作为气相法制备工艺，主要采用蒸发镀膜的方案。真空镀膜是指在高真空条件下，利用各种物理或化学方法将靶材表面气化或电离， 再沉积到基底表面形成薄膜。真空镀膜技术分为物理气相沉积和化学气相沉积，其中物理气相沉积法主要分为真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜 （PVD）、真空离子镀膜（RPD）。目前在钙钛矿层制备中，真空镀膜主流技术为蒸发镀膜，通过采用电阻加热、电子束轰击等方法使镀料靶材受热蒸发，靶材分子逸出，从镀料迁移到基片表面，沉积形成薄膜。 蒸镀法制备的薄膜在均匀性、致密性、缺陷程度等方面表现较好。蒸镀法在大面积成膜方向上表现较为出色，但是存在薄膜沉积速率慢，生产效率低，靶材利用率低，设备价格较高，设备兼容性较差等缺点，同时高真空和高温环境带来更高的能耗，此外蒸镀法对表面凭证状况的兼容性更为出色，因此相对于叠层电池，蒸镀法具有更大的潜力。 技术路线优点缺点 图表：涂布法与蒸镀法对比图表：钙钛矿电池量产工艺流程 涂布法 操作简单、方便调控、成膜速度快、原料成膜质量较差，存在较多的薄膜缺陷，导 序号 工艺步骤 所需设备 1 制备CTO PVD/RPD 2 磨抛 磨边机 3 清洗 清洗一体设备 4 制备CTL层 PVD 5 P1激光 激光设备 6 制备钙钛矿层 涂布机/ALD 7 制备CTL层 PVD 8 P2激光 激光设备 9 制备背电极 PVD 10 P3激光 激光设备 11 测试分选 检测设备 12 清边 清边机 13 封装层压 层压设备 14 检测 检测设备 利用率高、成本低、设备兼容度较高的特致载流子难以分离和扩散的问题，限制了 点能量转换效率的提升 蒸镀法 薄膜在均匀性、致密性、缺陷程度等方面薄膜沉积速率慢，生产效率低，靶材利用 表现更佳，在大面积成膜方向上更具有潜率低，设备价格较高，设备兼容性较差等 力；对表面平整状况的兼容度更强，因此缺点，高真空和高温环境也会造成更多的 在晶硅叠层电池上更具潜力能耗 大面积组件效率突破18%，多家龙头企业进行技术布局，钙钛矿量产化进程加速。钙钛矿电池有着高效率、低成本和对环境影响较小的特点，逐步由实验室走向工厂实现产业化。在大面积制备方面，组件效率逐步提升，根据协鑫光电11月23日披露，1m*2m钙钛矿单结组件认证效率达到18.04%。产业龙头纷纷布局钙钛矿技术，宁德时代按计划进行中试线建设，2023年6月中国核电立项柔性、刚性钙钛矿商业级中试产线研发科研项目，京东方于23年11月进行钙钛矿光伏项目启动仪式，此外比亚迪在特定对象调研时表示积极布局钙钛矿电池技术。随着产业龙头的布局以及大面积组件钙钛矿组件效率的不断提升，钙钛矿产业化进程有望加快。 关注钙钛矿电池产业链投资机会。建议关注：1）整线设备供应商：捷佳伟创、京山轻机；2）涂布设备供应商：曼恩斯特；3）镀膜设备供应商： 捷佳伟创、京山轻机、微导纳米、奥来德。 序号 公司 内容 1 中国核电 2023年6月对柔性、刚性钙钛矿商业级中试产线研发科研项目进行 立项 2 京东方 2023年11月进行钙钛矿光伏项目启动仪式 3 比亚迪 积极布局钙钛矿电池技术 4 宝鑫科技 公司钙钛矿项目将于2023年年中完成实验室建设，预计2024年进入 中试阶段，5年内会完成钙钛矿异质结电池叠层量产的目标 5 杭萧钢构 子公司合特光电计划于2022年底投产首条晶硅薄膜+钙钛矿叠层电池的中试线，目标转化率在28%以上，应用于BIPV 6 纤纳光电 于2022年年初投资建设的100MW钙钛矿规模化产线建成投产，目前公司正在规划GW级生产线建设，有望2023年投产 7 宁德时代 公布了其“钙钛矿太阳能电池的制备方法、用电设备”的专利，启动钙钛矿中试线 8 极电光能 150MW钙钛矿产线投产 设备 供应商 沉积设备 捷佳伟创、京山轻机、湖南红太阳、合肥欣奕华、微导纳米、奥来德 涂布设备 曼恩斯特，德沪涂膜、美国Ntact、日本东丽工程、韩国三兴机械 激光设备 杰普特、帝尔激光、迈为股份、大族激光、德龙激光 封装设备 弗斯迈、京山轻机 图表：多企业进行钙钛矿行业产能布局 图表：部分钙钛矿设备供应商 光伏设备：1）N型电池片扩产项目多点开花，光伏设备企业技术持续突破，需求与技术共振，推动光伏产业高景气增长。建议关注：迈为股份、捷佳伟创等。2）光伏产业链价格调整将会使产业链利润重新分配，同时刺激下游需求，有望引导整个产业链向好发展。在产业链调整的过程中，看好以下几个方向：靠近下游的电池组件、电站运营环节；非硅辅材、耗材环节；光伏设备等。建议关注：双良节能、奥特维等。 锂电设备：从新技术带来新需求、扩产结构性加速度和打造第二成长曲线等角度出发筛选公司，2023年重点推荐以下方向：1、新技术：①复合集流体从0到1加速渗透，推荐关注相关设备商东威科技、骄成超声；②若大圆柱渗透率提升，激光焊接等环节有望受益，推荐关注联赢激光；2、锂电储能：2023年或成为国内大储高增速元年，重点关注电池、逆变器、温控、消防等环节；3、主业拓展：锂电设备是少有的能出现千亿级别大市值公司的领域，推荐关注平台型公司先导智能；电力电子、激光加工技术具备延展性，需求增长持续性有望更强，推荐关注星云股份等；4、出口链：海外扩产有望出现结构加速，推荐关注杭可科技。 储能：发电侧和用户侧储能均迎来重磅政策利好，推动储能全面发展。1）发电侧：2021年8月10日，