市场热议的钙钛矿电池到底是个啥

神童股手

　　招商证券认为，短期来看，钙钛矿可能仍然难以取代目前的晶硅电池，但发展钙钛矿/晶硅叠层将为晶硅电池进一步增效，未来有希望成为主流路径之一。

　　钙钛矿电池概念今年在市场上风头无两。自去年年底低点以来，这一板块目前已上涨超过30%。

　　



　　今日A股市场，钙钛矿电池继续领涨新能源赛道，中来股份涨超8%，万润股份、杰普特等跟涨。

　　


　　那么，什么是钙钛矿？钙钛矿的优势和机会在哪里，行业发展现状如何？

　　招商证券游家训团队在发表于1月30日的报告《钙钛矿与叠层电池产业化论坛点评》中指出，总体看，钙钛矿有很强的理论优势，当前正在经历从0到1的发展阶段；大面积制备的工艺问题和工艺路线是目前产业化关注的焦点之一；除单结电池外，不同的叠层方案的产业化尝试广受关注。

　　理论优势突出
　　招商证券指出，作为第三代光伏电池技术，钙钛矿电池因其材料特性，相比于晶硅与薄膜电池具备较强的理论优势：
　　更高的理论效率：单结钙钛矿电池理论效率极限可达33%，高于第一代晶硅电池与第二代薄膜电池。同时，通过调整前驱体组分，钙钛矿带隙可调、透光性优异，可以制备钙钛矿/钙钛矿叠层(45%)与钙钛矿/晶硅叠层(43%)，实现转换效率的飞跃；
　　更低的理论成本：材料纯度要求低、用量少、能耗理论成本低，规模化后设备投资仍有降本空间；
　　应用场景多样化：组件可柔性化制备，具备轻量化优势，终端应用场景多样化；
　　弱光响应好：吸光系数高，阴天及室内等弱光条件下，转换效率相对更高；
　　温度系数低：光生载流子迁移距离长、钙钛矿膜层厚度小，温度对效率影响低。

　　
　　




　　
　　因此，单结钙钛矿电池理论效率高于晶硅与薄膜电池，叠层后能实现效率进一步飞跃。同时，因为杂质容忍度高、用量少、能耗低的特点，钙钛矿有更低的理论成本。此外，吸光系数高与载流子迁移距离长的优势，也让钙钛矿在弱光与高温场景下的表现优异，而可柔性制备的轻质化组件，让钙钛矿应用场景也更加丰富。

　　产业化加速
　　目前，钙钛矿产业化正处于0-1阶段，研发端效率的不断突破，正为钙钛矿电池的产业化进程铺路。

　　钙钛矿电池自2009年开始发展，仅有十多年的时间。目前在实验室中，单结电池效率已达25.7%，正逐步逼近晶硅电池，全钙钛矿叠层与钙钛矿/晶硅叠层电池研发效率分别达到29%、32.5%。研发端效率的不断突破，为钙钛矿电池的产业化进程铺路。

　　


　　同时，随着行业的不断发展，业界对于钙钛矿的基础性认知已经比较全面和深刻，众多高校科研背景的初创企业不断涌现。此外，光伏大企业依托当前在晶硅路线上的优势，纷纷加大对于钙钛矿的布局与技术储备，参与钙钛矿晶硅叠层相关研发。

　　招商证券表示，到2034年，钙钛矿电池行业规模有望达到GW级别，2024-2025年有望有多家GW整线落地：
　　2021-2022年间，四家钙钛矿领先企业已完成合计550MW中试线投产。预计2023年还将有5家以上的企业，合计超过600MW的中试线投产，行业整体规模有望GW级别。同时，已有多家头部企业宣布了其GW级产线规划目标，预计将在2024-2025年投产。

　　


　　行业焦点：大面积制备工艺
　　招商证券表示，目前钙钛矿的稳定性问题已有一系列解决方案，因此大面积制备工艺问题相对更受关注：
　　设备选择是成本与膜层质量的平衡。钙钛矿各膜层厚度在几十至几百纳米之间，理想的膜层需要达到均匀、致密且全覆盖的效果。质量更好的膜层往往需要更加精密的设备进行制备，意味着更高的设备成本。目前主流的工艺路线是使用磁控溅射与涂布，分别在TCO导电玻璃基底上分别制备空穴传输层制备与钙钛矿层。空穴传输层直接制备于钙钛矿上方，通常使用膜层损害程度较低的RPD，尽量保证钙钛矿层不受伤害。最后，使用磁控溅射制备顶电极。

　　钙钛矿层制备难度最大，目前主要路线为涂布。以主流反式钙钛矿结构为例，各层制备难度排序为：钙钛矿层>钝化层(或有)>电子传输层>空穴传输层>TCO导电顶层。其中难度最大的钙钛矿层目前以涂布工艺为主。涂布工艺设备投资较低，具有性价比优势。无接触的狭缝涂布工艺，可以满足当前钙钛矿层物理一致性的要求。但后道控晶具有一定难度，膜层质量(化学一致性)仍有待提高。目前，上海德沪涂膜市占率达到70%，其余份额为日本东丽。

　　真空蒸镀工艺可能具有一定优势。真空蒸镀工艺具有成膜均一、稳定性好、制程单一、良品率高等优势。在实验室钙钛矿制备中，在钙钛矿层、界面钝化层、电子传输层(C60)及金属电极均有广泛应用，且取得较高稳态输出效率。复杂组分沉积速率控制与设备投资过高，制约了其大规模发展。

　　






　　
　　
　　叠层电池
　　招商证券指出，除了单结电池外，叠层电池近年的产业化发展也在提速：晶硅-钙钛矿叠层电池，可以为成熟的晶硅电池进一步增效，有希望成为未来钙钛矿产业化的主要路径之一；同时，全钙钛矿叠层被视为终极的叠层技术(最高的理论效率)，随着未来钙钛矿核心瓶颈的突破，也有可能逐步应用。

　　钙钛矿是理想的顶层电池。钙钛矿透光度好，可以作为顶层电池与晶硅电池叠层，达到更高的效率。同时，钙钛矿晶体具有可调性，宽、窄带隙不同的晶体，还进行钙钛矿与钙钛矿的叠层电池的制备。叠层的结构分为相对简单的四端叠层(仅光学耦合)与复杂的两端叠层(光学+电学耦合)。二端叠层结构需要设计优异的光电耦合和起到保护作用的中间连接层，可以大大减少因寄生吸收而导致的光学损失，是制备超高效率叠层太阳能电池的有效手段。但是，由于二端子叠层电池需要保证顶、底电池的电流匹配问题。

　　四端叠层相对简单，前提是成熟的单结钙钛矿。四端叠层是将顶层的钙钛矿电池与底层的晶硅或钙钛矿通过玻璃连接，仅通过光学耦合，不涉及复杂的电流匹配，工艺上相对简单。四端叠层发展的前提是稳定、高效的单结钙钛矿，四端叠层也是主流单结厂商主张的叠层路线。

　　
　　从短期看，招商证券认为，钙钛矿可能仍然难以取代目前的晶硅电池，但发展钙钛矿/晶硅叠层将为晶硅电池进一步增效，未来有希望成为主流路径之一：
　　钙钛矿/晶硅叠层有希望成为主流路径之一。从短期的角度来看，钙钛矿可能仍然难以取代目前的晶硅电池。主动拥抱成熟的晶硅产业，发展钙钛矿/晶硅叠层，为晶硅电池进一步增效，或许会成为钙钛矿产业化的一条可行之路。同时，这样的发展路径也可以为钙钛矿的产业化争取更好的生存和发展空间。

　　两端全钙钛矿是终极叠层解决方案，随核心瓶颈突破也有望逐步应用。全钙钛矿叠层拥有更高的叠层理论效率，两端全钙钛矿也被视为是终极的叠层解决方案。宽带隙溶液的卤素相分离、窄带隙的锡氧化问题与互联层结构的挑战较大。