钙钛矿行业深度报告：产研并进，降本提效，共赴星辰大海

行业深度 光伏设备 证券研究报告 2024年04月24日 评级同步大市 评级变动：首次 行业涨跌幅比较 光伏设备沪深300 13% -7% -27% -47% 2023-04 2023-07 2023-10 2024-01 2024-04 % 1M 3M 12M 光伏设备 -12.79 -16.69 -46.08 沪深300 -0.66 8.96 -12.67 袁玮志分析师 执业证书编号:S0530522050002 yuanweizhi@hnchasing.com 贺剑虹研究助理 hejianhong@hnchasing.com 相关报告 1光伏设备行业2024年3月报：硅片库存增加价格承压，装机量超预期2024-04-08 2风电设备2024年度策略报告：阻塞渐消，拐点已现2023-11-30 3深远海风（上）：前景如日方升，降本仍需努 力2023-08-23 产研并进，降本提效，共赴星辰大海 钙钛矿行业深度报告 重点股票 2022A2023E2024E 评级 EPS（元）PE（倍）EPS（元）PE（倍）EPS（元）PE（倍） 捷佳伟创 3.01 20.01 4.57 13.18 6.82 8.83 买入 京山轻机 0.49 27.20 0.71 18.67 0.95 13.90 买入 杰普特 0.81 54.31 1.46 30.13 2.28 19.29 增持 曼恩斯特 1.69 40.57 2.94 23.32 4.26 16.09 增持 微导纳米 0.12 259.08 0.62 50.15 1.14 27.27 增持 资料来源：iFinD，财信证券 投资要点： 钙钛矿属于第三代太阳能电池，在性能和特点上具备诸多优势。钙钛矿型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，钙钛矿泛指具有与CaTiO3相同晶体结构的材料，即 ABX3型结构。钙钛矿电池具有原材料廉价易得、带隙可调整、光谱响应范围广、理论效率高、弱光效应优秀等特点。理论效率方面，单结钙钛矿电池极限理论效率为33%，双结为46%，远超晶硅电池理论效率。根据极电自建的户外电站数据，钙钛矿组件阵列每天早晨比同地区晶硅组件阵列平均早启动约25分钟，晚上晚关断约20分钟，每天 工作时长多出45分钟左右，拥有优秀的弱光效应。 钙钛矿制备技术路线尚无定论，镀膜、涂布、激光、封装为四大核心设备。从目前的制备流程上看，不论是何种路线，仅需镀膜、涂布、 激光、封装设备四类设备即可覆盖钙钛矿所有环节。其中，电极层一般使用PVD、CVD等镀膜技术；传输层一般使用RPD和PVD镀膜技术；钙钛矿层有蒸镀和狭缝涂布两种路线；激光环节确定性较强，分为P0打标，P1-P4划线两个阶段。 目前钙钛矿设备投资较高，中性预测下，2026年钙钛矿设备市场空间有望达到112亿元。目前100MW线设备投资额1亿元左右，换算至 GW产线相当于投资额10亿，我们认为伴随技术成熟和规模效应，后续设备投资额将逐步下降。我们预测，2026年在乐观、中性、悲观估计下将分别新增22GW、16GW、12GW钙钛矿组件产能，对应154、112、84亿元设备市场空间。 钙钛矿商业化尚有诸多难点扼待突破，经济性方面仍有较大降本空间。稳定性：钙钛矿吸光层在潮湿、高温、光照等环境下均会发生分解反应，对寿命产生严重影响。目前解决方案有材料改性和提升封装技术两种路径。大尺寸制备：大尺寸钙钛矿电池会明显降低效率，也会提高制备难度。经济性：目前国内钙钛矿制备成本远高于理论成本，电站投建成本也高于晶硅电池，可从材料、提效及规模效应三方面实现 此报告考请务必阅读正文之后的免责条款部分 降本，根据我们测算，效率提升至22%、25%、28%时，单瓦理想成本有望降至0.82、0.72、0.64元/W。 投资建议：钙钛矿制备路线尚无明确答案，技术路线百花齐放，技术实力强的厂商有望充分受益。钙钛矿电池生产流程中，目前仅有激光 设备确定性较强，其他环节中镀膜和涂布均有自身技术特点，技术路线百花齐放。我们认为在此背景下，拥有较强技术实力且积极配合下游进行生产优化的厂商将脱颖而出。镀膜设备方面，建议关注光伏镀膜领域优秀厂商捷佳伟创（300724.SZ）、京山轻机（000821.SZ）、微导纳米（688147.SH）；涂布设备方面，建议关注领先的国产涂布头及涂布设备供应商曼恩斯特（301325.SZ）；激光设备方面，建议关注激光细分领域优质厂商杰普特（688025.SH）、德龙激光（688170.SH）。 风险提示：光伏组件需求不及预期，钙钛矿产业化进度不及预期，钙钛矿制备技术发展不及预期，晶硅电池迅速降本，市场竞争加剧。 内容目录 1钙钛矿电池：第三代太阳能电池代表，多重优势助力快速发展6 1.1钙钛矿电池概述6 1.2为什么选择钙钛矿电池？8 1.3叠层潜力巨大，晶硅叠层+钙钛矿叠层双向并行13 2钙钛矿电池制备：镀膜、涂布、激光、封装四大核心设备16 2.1生产流程简单，所需设备仅有四类16 2.2电极层制备：PVD，CVD技术17 2.3传输层制备：PVD与RPD结合18 2.4钙钛矿层制备：湿法经济性显著，干法成膜效果好20 2.5激光环节：P0-P4共5个小环节，对设备精度要求高23 2.6钙钛矿设备空间测算24 3钙钛矿电池商业化难点及解决方案梳理25 3.1钙钛矿电池稳定性有待提高，目前寿命较短25 3.2大尺寸钙钛矿效率较低，制备难度大28 3.3钙钛矿降本之路漫长，哪些环节有望助力降本？29 4钙钛矿主要设备厂商梳理：百花齐放，各有所长33 4.1镀膜设备33 4.2涂布设备39 4.3激光设备41 5投资建议46 6风险提示47 图表目录 图1：太阳能电池发展历程6 图2：钙钛矿结构及电荷传导图7 图3：钙钛矿三种常见结构8 图4：钙钛矿材料带隙可调9 图5：钙钛矿晶体结构10 图6：钙钛矿晶体平面结构10 图7：钙钛矿电池弱光性能对比10 图8：钙钛矿组件在较低效率拥有与晶硅组件相同发电量11 图9：各类电池转换效率发展历史（蓝色为晶硅电池，黄色为钙钛矿电池，橙色为钙钛矿叠层电池）12 图10：钙钛矿电池与晶硅电池对比13 图11：钙钛矿/晶硅叠层电池分光吸收原理14 图12：钙钛矿及晶硅电池发电原理14 图13：叠层电池带隙差能有效减少热损失15 图14：异质结叠层电池结构15 图15：TOPCon叠层电池结构及效率16 图16：钙钛矿生产流程及所需设备17 图17：CVD工艺流程18 图18：磁控溅射工艺图解19 图19：RPD镀膜原理20 图20：RPD工作环境20 图21：四种湿法工艺21 图22：狭缝涂布制备钙钛矿薄膜流程21 图23：蒸发镀膜工艺详解22 图24：钙钛矿层蒸镀法22 图25：双源蒸镀22 图26：激光工艺P1-P4图解23 图27：激光划线后死区图示24 图28：钙钛矿设备市场空间预测25 图29：钙钛矿材料在水环境下的分解路径26 图30：钙钛矿光照反应26 图31：钙钛矿电池稳定性解决方案27 图32：间隙封装28 图33：单层/多层封装28 图34：聚合物封装层制备条件28 图35：钙钛矿电池效率会因面积增大而显著下降29 图36：材料和生产规模将显著影响成本30 图37：钙钛矿组件成本拆分30 图38：材料价格不变的前提下，效率越高，单瓦价格越低31 图39：京山轻机营业收入及增长率34 图40：京山轻机归母净利润及增长率34 图41：捷佳伟创五合一团簇式钙钛矿叠层真空镀膜设备成功交付35 图42：捷佳伟创营业收入及增长率36 图43：捷佳伟创归母净利润及增长率36 图44：微导纳米营业收入及增长率37 图45：微导纳米归母净利润及增长率37 图46：湖南红太阳PVD镀膜设备37 图47：奥来德营业收入及增长率39 图48：奥来德归母净利润及增长率39 图49：德沪涂膜钙钛矿产业规划40 图50：曼恩斯特狭缝涂布设备41 图51：曼恩斯特营业收入及增长率41 图52：曼恩斯特归母净利润及增长率41 图53：杰普特钙钛矿激光设备42 图54：杰普特营业收入及增长率43 图55：杰普特归母净利润及增长率43 图56：德龙激光营业收入及增长率44 图57：德龙激光归母净利润及增长率44 图58：大族激光营业收入及增长率45 图59：大族激光归母净利润及增长率45 图60：帝尔激光钙钛矿激光刻膜设备45 图61：帝尔激光营业收入及增长率46 图62：帝尔激光归母净利润及增长率46 表1：激光P1-P4环节具体作用23 表2：100MW钙钛矿产线所需设备及价值24 表3：各类薄膜沉积法特点对比29 表4：钙钛矿核心材料及总成本测算31 表5：钙钛矿组件与TOPCon组件电站成本测算32 表6：钙钛矿镀膜设备主要厂商梳理33 表7：京山轻机钙钛矿整线产品34 表8：微导纳米钙钛矿产品36 表9：奥来德钙钛矿相关在研项目38 表10：钙钛矿涂布设备主要厂商梳理39 表11：钙钛矿激光设备主要厂商梳理42 表12：德龙激光用于光伏行业的产品43 1钙钛矿电池：第三代太阳能电池代表，多重优势助力快速发展 1.1钙钛矿电池概述 钙钛矿属于第三代太阳能电池。钙钛矿型太阳能电池（perovskitesolarcells），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，属于第三代太阳能电池。第三代太阳能电池主要指具有高转换效率的一些新概念电池,如染料敏化电池、量子 点电池以及有机太阳能电池等，也称作新概念太阳能电池。从光伏电池发展历程来看，第一代是以硅材料为基本材料的太阳能电池，是过去及目前最成熟的主流商业电池，量产技术十分成熟；第二代是薄膜电池，以铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)电池为代表，但其制备过程复杂，难度较高，所需金属材料均为稀有金属，储量较少，商业价值较低，因此发展速度较慢。 金属卤化物钙钛矿（MHPs）作为一种极具前景的光伏材料，在过去的几十年里受到了广泛的关注。“钙钛矿”一词源于俄罗斯著名矿物学家LevPerovski（1792-1856），一般指与CaTiO3具有相同晶体结构的材料。许多无机金属氧化物如BaTiO3、PbTiO3、SrTiO3、BiFeO3等均被发现具有类似钙钛矿结构。基于上述，钙钛矿化合物通常被称为金属氧化物。传统意义上的钙钛矿材料由于不具备良好的半导体性能而无法应用于光伏电池。但金属卤化物钙钛矿不同于氧化物钙钛矿，它具有卤化物阴离子而非氧化物阴离子，显示了用于光伏所需的优异半导体性质。 钙钛矿电池从特性上具备第一代晶硅电池稳定高效低成本的优点以及第二代无机物薄膜电池理论效率高且制备流程简单的优点，使用低成本原材料换取更高的理论效率，推动光伏行业提效降本、打开远期市场空间的下一代太阳能电池技术。 图1：太阳能电池发展历程 资料来源：东方富海，财信证券 钙钛矿太阳能电池与传统光伏电池拥有类似的层级结构。主要由五层组成，包括透明导电基底、电子传输层（ETL）、钙钛矿吸光层、空穴传输层（HTL）、金属电极。 1）透明导电基底：主要作用为承载其他材料和收集光电子。透明导电基底一般采用氧化铟锡导电玻璃（ITO）或者氟掺杂的氧化锡导电玻璃（FTO）制成，本质是高可见光透过率、低电阻率的透明电极。作为其他材料的载体，光线由此射入，将收集到的光电子传送至外电路。 2）电子传输层（ETL）：主要负责传输电子并抑制电子回流。由致密TiO2和介孔TiO2两层材料组成。其中，致密TiO2用于阻止导电基底与钙钛矿的直接接触，避免空穴向导电基底传输；介孔TiO2为钙钛矿生长提供框架与支撑，形成多孔TiO2/钙钛矿混合层，用于传输电子。制备环节中，先将ETL材料涂布在基底上，随后进行高温处理，以形成良好的电子传输通道。 3）钙钛矿吸光层：主要负责吸收太阳光并转化为电荷载流子。钙钛矿材料通常采用有机铅卤化物或者全无机铅卤化物等材料，典型代表为碘化铅甲胺（MA