钙钛矿系列报告II：叠层电池引领效率革命，钙钛矿产业化加速

中泰证券研究所专业｜领先｜深度｜诚信 ｜证券研究报告｜ 叠层电池引领效率革命，钙钛矿产业化加速 ——钙钛矿系列报告II 2024.04.28 中泰机械首席分析师：王可 执业证书编号：S0740519080001 1 钙钛矿及叠层电池是光伏下一代技术。单节钙钛矿电池、叠层电池理论极限分别为33%，44%，尤其是叠层电池相对晶硅电池具备更高的转换效率，晶硅下阶段的发展路线。钙钛矿电池作为光伏新技术，在2023年光伏二级市场行情惨淡的大背景下在一级市场仍能够持续密集融资，说明钙钛矿作为最有潜力的光伏新技术更受资本市场认可，光伏行情企稳后，钙钛矿有望成为点燃行情的催化剂。 钙钛矿产业链更新： •基于商业逻辑，钙钛矿叠层电池提效显著，是晶硅的下阶段路线。随着晶硅组件降至1元/W以内，单节钙钛矿电池的性价比逻辑难以兑现。类比多晶被单晶淘汰，低效率技术路线难以在电站端取胜。钙钛矿晶硅叠层电池兼容现有晶硅产能，可以与现有的HJT、TOPCon路线相结合，保留原有产线的基础上新增钙钛矿工艺即可完成产品升级。形成的叠层组件效率有望达到30%以上，与原有晶硅呈现代际差异。钙钛矿电池厂、晶硅厂商、设备厂商对于叠层路线已形成一致预期，叠层电池将会是光伏的下阶段路线。 •基于工艺演进，钙钛矿路线中蒸镀工艺不可或缺，是变化最大的工艺环节。对于单节电池，头部企业陆续开启GW级产线招标，量产线为了保证电池效率和稳定性，工艺中增加了钝化层镀膜，叠加电子传输层也需要用到C60，产业趋势大多采用蒸镀方案。对于两端叠层电池中的钙钛矿镀膜需要在晶硅绒面上进行，绒面镀膜中必须使用蒸镀。四端叠层中大面积钙钛矿部分仍需单节电池同样的镀膜工艺，蒸镀确定性强。 钙钛矿投资逻辑核心催化：①单节电池GW级量产线扩产，头部企业GW扩产表明行业进入量产阶段，单节电池将率先在BIPV、车载光伏、室内光伏等差异化场景商用；②晶硅大厂加速布局，投建百兆瓦中试线，代表晶硅产业形成一致预期：叠层为光伏下阶段路线，产业催化明确；③宁德时代、京东方等跨界龙头有望在技术突破后快速扩产。 建议重点关注钙钛矿电池相关标的 ①设备：整线：捷佳伟创、京山轻机；镀膜：曼恩斯特、奥来德、大胜达、微导纳米；激光：杰普特、德龙激光；②材料：TCO玻璃：金晶科技、耀皮玻璃；③制造：杭州柯林，协鑫科技；④应用：江河集团 风险提示：钙钛矿及叠层技术推进不及预期、相关标的业务进展不及预期、相关标的业绩不及预期、研报使用的信息存在更新不及时风险。 2 目录 CONTENTS 1 钙钛矿研究概述 2 3 钙钛矿及叠层电池产业链更新行业核心催化 4 5 钙钛矿产业链投资策略风险提示 目录 CNTENTCON ENT 1 钙钛矿研究概述 专业｜领先｜深度｜ 信 1.1、晶硅效率接近极限，叠层电池是晶硅的下阶段路线 晶硅路线提效缓慢，面临瓶颈难进一步提升。晶硅电池是光伏中最主流的路线，被广泛应用于新能源发电领域。晶硅路线最高效率从2016年突破26.3%以后，花费了7年时间提升到27.1%，提效缓慢且艰难。无论是TOPCon、HJT还是BC电池都属于晶硅路线，其理论极限效率受肖奎极限29.4%的限制，难以再进一步提升。 钙钛矿晶硅叠层路线提效快、上限高，是晶硅的下阶段路线。叠层电池效率上限44%，比晶硅高14.6pct。钙钛矿晶硅叠层路线自有效率记录以来，7年时间内效率从23.6%提升到33.9%（+10.3pct），提效速度远高于晶硅（+0.8pct），并且高于钙钛矿单节电池（+4pct）。叠层电池效率距其理论极限还有10.1pct，提效空间巨大。从效率表现来看，钙钛矿晶硅叠层和晶硅呈现出代际差异，是眼下众多光伏路线中最有潜力的路线。光伏发展一向以降本增效为目标，叠层电池将会是晶硅的下阶段方案。 图表1：晶硅、钙钛矿及钙钛矿晶硅叠层效率表现图表2：光伏技术演进路线 27.1% 来源：NERL、中泰证券研究所来源：捷佳伟创，中泰证券研究所5 1.1、晶硅效率逼近极限，叠层电池是晶硅的下阶段路线 钙钛矿路线包括单节和叠层电池，单节率先量产，叠层紧随其后。①单节电池是以廉价钙钛矿材料为吸光层的新型化合物薄膜电池，通过光照产生光生伏特效应发电，其理论效率33%，目前实验室效率达26.1%，平米级组件效率已经突破19%，即将迎来GW级量产；②钙钛矿叠层电池是钙钛矿与其他光伏技术结合，综合利用太阳能中短波长和长波长能量，在单节电池基础上进一步提高效率。钙钛矿晶硅叠层效率理论极限44%，目前实验室效率33.9%，2024年底有望在平米级组件效率突破26%，实现商业化。 光伏行业技术迭代迅速，叠层电池路线渗透空间大。随着光伏技术的不断进步，铝背场电池、PERC电池等逐渐被淘汰，HJT、BC及硅基叠层电池将凭借其优秀的性价比加速渗透。钙钛矿晶硅叠层目前处于研发和中式阶段，根据ITRPV预测，2025年后有望大规模量产。 图表3：钙钛矿及叠层电池技术路线图表4：全球c-Si光伏电池技术市场份额 来源：Wikipedia等、中泰证券研究所来源：ITRPV2024，中泰证券研究所 6 1.2、钙钛矿一级市场持续火热，先进技术有望点燃光伏板块行情 钙钛矿新技术受市场青睐，有望成为点燃整个行情的催化剂。去年一年时间以光伏ETF为例，二级市场光伏行情回调比例接近腰斩的背景下，钙钛矿标的仍能持续密集融资并且拥有较高估值。钙钛矿行业和传统光伏技术路线呈现出了显著的差异化，说明钙钛矿作为最有潜力的光伏新技术更受资本市场认可，预计在光伏行情企稳之后，钙钛矿行业有机会成为整个光伏行情的催化剂。 图表5：钙钛矿电池融资进展 来源：IT桔子、线性资本、艾邦光伏网、杭萧钢构、中国能源网、风潮数据、36Kr、Solarzoom、Businesswire、pv-magazine等、中泰证券研究所7 目录 CNTENTCON ENT 2 钙钛矿及叠层电池产业链更新 专业｜领先｜深度｜ 信 2.1、基于商业逻辑：单节电池提效迈入量产，短期相对晶硅难有性价比 单节钙钛矿效率持续提升，行业迈入量产阶段。效率方面：2024年3月，钙钛矿电池平米级组件效率突破19%，预计2024年底效率超过20%。目前行业头部企业协鑫光电、极电光能、纤纳光电等均经过了长期的中试测试，2024年即将迈入GW量产阶段。成本方面：当组件效率在20%时，其成本大约在0.8元/W。随着组件效率的提升，单瓦成本会进一步下降。 晶硅价格维持低位，单节钙钛矿难有性价比。单节钙钛矿电池产业化初期直接对标晶硅，力求在地面电站大规模使用。其0.8元/W的组件成本在晶硅组件价格1.3元/W以上时具备显著性价比。但目前晶硅组件成本与钙钛矿量产预期组件成本接近，严重影响了单节钙钛矿电池在电站端的商业逻辑。 图表6：钙钛矿组件效率及成本目标图表7：2022年至今晶硅组件价格（元/W） 来源：协鑫光电、中泰证券研究所来源：Wind、中泰证券研究所 9 2.1、基于商业逻辑：低效率产品难受电站端青睐 单晶替代多晶在于效率高、度电成本底。单晶硅电池实验室效率（27.1%）高于多晶硅（23.3%），最终量产效率也更高。2016年后全球光伏中单晶组件市占率持续提升，目前挤压多晶组件市场份额至3%以内。有两方面原因①技术进步，单晶组件降本增效具备性价比。单晶组件的生产成本快速降低，单多晶组件实际价差开始低于合理价差，性价比开始反转。同时单晶组件转换效率高的优点更突出，促进了其市占率的快速提升；②市场认可+政策补贴，渗透率快速提升。单晶组件转换效率高、度电成本底，叠加补贴政策引导，成为了市场的首选。在单多晶近乎同价时候，单晶组件的优点被视为“免费赠送”，促进了渗透率的快速提升。 单节钙钛矿效率低，性价比逻辑短期内在电站端难兑现。目前随着晶硅价格持续处于低位，晶硅组件单瓦价格与钙钛矿量产初期价格接近，但晶硅发电表现更强，因此短期内单节钙钛矿电池性价比逻辑难以在地面电站兑现。钙钛矿行业的产业化初期市场在于BIPV、CIPV等可以和晶硅差异化竞争的场景。 叠层路线相对晶硅发电优势呈现代际差异，兼容晶硅产线，商业逻辑更硬。叠层组件效率有望做到35%以上，能源属性更强应用场景更广。钙钛矿晶硅叠层可以看做是晶硅路线上进行升级的产品，优势显著。叠层电池生产端兼容现有晶硅产能，应用端下游接受度相对钙钛矿类薄膜电池更高。 图表8：2013-2021年国内主流厂商单晶、多晶组件 出厂价均价差值 图表9：1980-2021年全球单晶、多晶、薄膜组件产 量占比 10 来源：Wind、中泰证券研究所来源：FraunhoferISE、中泰证券研究所 2.1、基于商业逻辑：叠层电池相对晶硅大幅提效，降本路线清晰 叠层路线相对晶硅大幅提效。叠层电池通过吸收不同波段太阳能提升整体器件效率，理论上吸收所有太阳光中所有波段能量，无数节电池叠加，其极限效率可达65%。商业上两节电池叠层就可以大幅提升效率，并且制备工艺可控不会过于复杂。两节电池形成的叠层电池效率上限44%，远高于晶硅理论极限效率29.4%，相对晶硅提效非常可观。 钙钛矿晶硅叠层是潜力最大的商用方案，降本路线清晰。钙钛矿电池具有透光性、短波长吸光能力强、成本低，是叠层电池中顶电池的理想选择；晶硅带隙和钙钛矿匹配度最高，是底电池中的理想选择。因此钙钛矿晶硅叠层既能够实现高效率的发电表现，相对晶硅又不会增加太多的物料成本，因此是目前潜力最大的可商用叠层方案。叠层电池的成本相对晶硅组件的增量主要在于钙钛矿部分的多层镀膜，这部分材料用量少成本低，随着叠层电池的规模化生产和设备降本，叠层路线竞争力持续增强。 图表10：叠层电池效率表现图表11：钙钛矿晶硅叠层电池发电原理 1节 2节 3节 4节 ∞节 来源：HZB、中泰证券研究所来源：Nature、中泰证券研究所11 2.1、基于商业逻辑：叠层电池在电站端性价比高 现有晶硅路线提效遇瓶颈，叠层电池打开效率空间。晶硅路线无论PERC、TOPCon还是HJT量产效率已逼近对应实验室效率极限，只有不到1%的提升空间。叠层电池理论极限效率44%，远高于现有晶硅电池效率。钙钛矿HJT叠层目前实验室效率达33.9%，并且仍会以每年1-2%的速度持续提升。钙钛矿叠层电池量产效率上限更高，预计将来量产效率有望达到35%以上。随着钙钛矿叠层技术成熟和不断降本，叠层电池凭借其杰出的性能表现，在光伏市场中的市占率将会持续提升。 叠层组件降低电站系统造价，经济性优势显著。对比提升20%电池效率和降低同等比例电池成本的两个方案，前者可使得电站端投资降低13%，后者仅能降低4%。可见对于光伏技术而言，提效比降本对电站端吸引力更大。叠层这种高效光伏路线的产业化空间相对晶硅路线更为广阔。 图表12：不同路线效率表现图表13：电池增效和降本对电站端投资的影响 来源：北极星太阳能光伏网、美能光伏、中泰证券研究所来源：曜能光电、中泰证券研究所 12 2.2、基于工艺变化：蒸镀在单节及叠层电池中确定性增强 钙钛矿头部企业中式跑通，2024年迈入量产阶段。目前钙钛矿行业格局可以大致分为3个梯队：第3梯队新融资的创业公司目前仍处于技术积累和技术放大阶段，优先突破效率记录；第2梯队的钙钛矿电池厂如仁烁光能、脉络能源、光晶能源等经历了技术放大的阶段，2024年陆续进行百兆瓦中试，侧重点在产线调试；第1梯队的头部企业如协鑫光电、极电光能、纤纳光电等陆续经过了长时间的中试线调试，在23年陆续开始GW产线招标，24年开始部分产线投产，侧重点在产品提效和增强稳定性。 量产线对组件效率和稳定性要求更高，工艺发生变化。电池厂在研发、中试线上并行尝试的新工艺会在迁移至量产线，其中最明显的变化是电子传输层、钝化层等膜层沉积对蒸镀工艺需求增加。 图表14：单节钙钛矿电池发展路径 来源：德沪涂膜等，中泰证券研究所13 2.2、单节电池：即将迈入量产，材料