产业深度01期：钙钛矿电池深度报告（一）钙钛矿提效降本过万重山打造光伏领域新蓝海

请务必阅读正文之后的免责条款部分2023.03.20，012023.03.20，01期钙钛矿电池深度报告(一)：钙钛矿提效降本过万重山，打造光伏领域新蓝海摘要：具备优异的光电性能，吸光效率高，带隙连续可调，更新迭代速度快，在光电转换方面具备诱人前景。单结钙钛矿电池理论转换效率33%远超晶硅电池(29.4%)，通过叠层结稳定性是产业发展的关键考验，材料封装决定钙钛矿高效稳定。稳定性是钙钛矿产业发展的关键考虑因素，且决定了钙钛矿电池长效光电转换效率。解决稳定性主要从材料体系优化和封装设计提升两方面考虑，优化材料体系手段包括配方调节、界面优化，进而钙钛矿首要落地场景为BIPV，光伏幕墙投资回收期有望缩短。钙钛矿电池的柔性、高透明、颜色可调及吸光性能优异使其成为BIPV市场上最具吸引力的光伏器件，因此BIPV成为钙钛矿电池首要落地场景，以遮阳棚、雨棚、公共场馆为首的公共BIPV为当前最佳试验场所。我们对BIPV幕墙进行经济性测算，假设2024-2025年钙钛矿电池实现GW产业深度业研究中心作者：肖洁电话格证书编号：S0880513080002 作者：鲍雁辛 电话baoyanxin@ 资格证书编号：S0880513070005回顾思内观外：宁德时代全资控股斯诺威矿业系列(五)TCO成本约为1元站文越对本报告级中试阶段，协鑫光电、纤纳光电和极电光能走在扩产前列。传统晶硅电池龙头企业纷风险提示：钙钛矿电池技术提升不及预期、产业链推进不及预期、下游应用需求不及预期产业深度f 2.稳定性是钙钛矿产业化关键考虑因素，材料封装共同推进产业迭代2.1.材料及界面是钙钛矿稳定性第一诱因，配方及工艺提供解决路径11装133.钙钛矿半透明吸光效率高，有望在BIPV上率先应用..................163.2.短期光伏幕墙用钙钛矿电池成本仍较高，光伏幕墙投资回收期 产业深度近年来，钙钛矿电池掀起新一轮投资与产业化热潮。面对碳中和、碳达峰的风口，钙钛矿电池正凭借更高的效率极限与成本下探潜力逐步打开市场空间。钙钛矿系列报告将详细梳理钙钛矿技术的魅力所在，讨论产1.高效率低成本，钙钛矿应运而生学Miyasaka等人首次将钙钛矿材料引入染料敏化太阳能电池，获得了。从此，钙钛矿太阳能电池成为全世界光伏领域的研究热点。近年来，随着钙钛矿电池技术的逐渐成熟和光伏新能源市场的强势崛起，极具性价比潜力的钙钛矿太阳能电池开始获得产业青睐，而我ofof24太阳能电池的发展如今已经经历了三代。当前最主流的太阳能电池为晶原能电池领域，人们发现其作为直接禁带半导体十分适用于光电转化，单转。产业深度5.00%PERCPERCTOPConHJT钙钛矿材料体系探索空间大，吸光能力强。钙钛矿材料是指具有钙钛矿构类型的ABX3型化合物，其中A为大半径的阳离子(如甲胺阳离子GeX卤素阴离子(如F-，Cl-，Br-，I-)。当前常用的钙钛IV间大，寻找与最佳带隙契合且稳定的钙钛矿材料仍然是研发的重点。在光入射时，钙钛矿层材料直接吸收光子，产生受库仑力作用束缚的电子。体结构产业深度钙钛矿吸光效率高，带隙连续可调，理论光电转换效率拓宽至33%。与即使是薄膜电池碲化镉、铜铟镓硒也需要几微米，而钙钛矿的光吸收层cm激子束缚能小，容易生成自由载流子，自由载流子的扩散距离长，可以达到微米甚至百微米级，意味着传输过程中复合损失小，光电利用效率X续可调的带隙使得钙钛矿材料能吸收全光谱范围内的可见光，光能利用。钙远超过晶硅电池29.4%的理论极限。而电池的最大理论效率受限于产业深度Shockley-Queisser(SQ)极限，只有太阳能叠层电池才能够突破，得到更高的效率。由于钙钛矿电池禁带宽度可调节，易制备，非常适用于作为图8：钙钛矿电池带隙覆盖半导体电池最优吸光带隙图9：钙钛矿电池转换效率不断提升技术参数TopCon电池HJT电池钙钛矿硅片类型P型N型N型/理论效率极限24.5%28.7%28.5%实验室效率4.06%25.8%26.3%25.8%量产(组件)效率23%-23.5%5%-25%24.5%-25.5%温度系数-0.38%/C-0.35%/C-0.25%/C-0.001%/C双面率>70%>85%>90%/>96%兼容性较好(可由现有PERC组件衰减LID\PID\LETID衰减)(LID\PID\LETID衰减为(LID\PID\LETID衰减为h耐老化测试质保时间质保保质保输出质保工序数量6-8技术优势熟，生产性价比高升级、工艺流程短技术难度很高很高产业化阶段未实现量产设备投资(亿元/GW)5.5存在问题颈用产业深度代表企业方日升、金刚玻通威股份光能1.2.低成本优势吸睛,钙钛矿组件原料易得流程缩短池从硅料厂到组件厂所有设备加在一起投资额约7.5亿元/GW，而钙钛表2：钙钛矿初始投资成本优势显著电池类型工艺流程产能初始投资(亿元/GW)料3片计矿5硅料价格波动影响显著，且最终传导至组件下游，晶硅环节占据产业链价格近一半。而钙钛矿电池产业链更短，无稀缺性材料，钙钛矿常用原WW电池具备显著产业深度本近一半(元/W)成本14：100MW钙钛矿组件成本中钙钛矿材料占比仅产业深度一度/GW)(万度/GW)2.稳定性是钙钛矿产业化关键考虑因素，材料封装共同推进产业迭代材料稳定性是钙钛矿电池器件稳定性的决定因素。钙钛矿电池能否真正产业化取决于其稳定性，主要包括材料本征稳定性和组件稳定性。钙钛且对离子大小有着严格的要求，非常小的晶格膨胀或畸变都会使材料对称性和结构稳定性大幅降低。因此钙钛矿对热、水、氧气、光照较为敏挑而导致器件电流显著下降。正式结构空穴传输层中常用添加剂Li-TFSI于材料稳定性及优组件稳定性产业深度势》：钙钛矿器件核心层为钙钛矿层、电子传输层、空穴传输层在水汽下分解各阶段ucedDegradationviaGrainBoundariesofHCNHPbIPlanarPerovskiteSolarCells艺提供解决路径优化材料稳定性是器件设计第一考虑。钙钛矿材料ABX3可以通过更换或部分引入不同大小的离子，实现对容忍因子的调节，进而获得更具稳定晶体结构的钙钛矿材料。例如，加州大学将少量的铷离子添加到钙钛料稳图23：表面钝化可有效提升器件稳定性。85%湿度下(a)钙钛矿薄膜照片及接触角、(b)光致发光峰波长、(c)光电转换效率变化t产业深度钙钛矿材料种类器件结构器件效率器件稳定性混合阳离子和卤化物阴离子钙钛矿材料CH3NH3PbX3(X=Br,I)FTO/TiO2/Perovskite/Pt/FTO%/FTOcTiOmpTiO/Perovskite/PTAA/AucTiOmpTiOPerovskiteSpiroAuCsxMA17FA0.83)(1-x)Pb(I0.83Br0.17)3cTiOmpTiOPerovskiteSpiroAu50hcTiOmpTiOPerovskiteSpiroAu0%APbIFAPbIskiteSpiroAu1.30%000h有机聚合物或无机物掺杂的钙钛矿复合材料BPACLMAPbIcTiOmpTiOPerovskiteSpiroAu0hcTiOmpTiOPerovskiteSpiroAu空气稳定性>4mthMAPbIPCBM-PEGFTO/TiO2/Perovskite/Spiro-/AuMAPbIPMMAcTiOmpTiOPerovskiteSpiroAu0dFTO/TiO2/Perovskite/AurovskitePCBMAgIZnClFTO/c-TiO2/Perovskite/Spiro-/AuxMAPbBrxNaClITO/PTAA/Perovskite/PCBM/BCP/Cu0%ITOPEDOTPSSPerovskite/C60/BCP/Al二维-三维钙钛矿复合材料xPbIFTOc-TiO2/mp-TiO2/ZrO2/Perovskite/C(5-AVA)2PbI4/CH3NH3PbI3FTOc-TiO2/mp-TiO2/ZrO2/Perovskite/CBA-FA0.15Cs0.85Pb(I0.73Br0.27)3/CHNHPbIFAPbIMAPbBr0.05FTO/SnO2/Perovskite/Spiro-/Au0%2.2.封装显著提升钙钛矿电池稳定性，主流工艺路线为沉积+胶膜封装钙钛矿材料对湿度、光照等条件的敏感性，钙钛矿器件对封装的要求比盖封装，并用丁基胶封边或激光熔融封边。额外的保护层制备方法主要下制备的钙钛矿活性层造成不可逆损伤。目前，部分企业已经公布了其产业深度图24：两种主要封装方式(a)完全覆盖封装；(b)边缘封装资料来源：JournalofPowerSources《Encapsulationofperovskitesolarcellsforenhancedstability:Structures,materialsandion封装材料POE分子式密度(g/cm3)封装温度(℃)透光率(%)紫外稳定性强弱强/差好价格(万元/吨)表5：钙钛矿企业封装方式以两层封装为主公司名称封装方法封装材料纤纳光电-封装玻璃纤纳光电上封装玻璃-封边-上胶膜层-下胶膜层-下封装玻璃-丁基胶协鑫光电层-封装玻璃Zn层协鑫光电第一玻璃基板-封装胶膜-封边-无机干燥剂层-第二玻融玻璃层丁基胶产业深度极电光能表6：钙钛矿主要企业稳定性进展公司名称组件面积(cm2)组件效率组件稳定性纤纳光电..10.12.1.7C(2)100kWh紫外耐老化测试(IEC检测标准的.1.2(2)3000h湿热耐老化测试(IEC61215标准的3.50%.110%.55保协鑫光电.11.50了前期的千瓦级户外应用测试.80极电光能012.70%0.01%.420.50%.6和1000小时高温高湿老化(85℃/RH85％)，效率.4.10众能光电.277.6210.00%1无限光能.73.00%.714%在湿97%的初始效率.7.91>20%万度光能.4，可3.钙钛矿半透明吸光效率高，有望在BIPV上率先应用3.1.BIPV为钙钛矿首要落地场景，VIPV和光伏电站打开远期空间伏建筑一体化)要求在不影响建筑美观的情况下能够广泛应用太阳能，一般光伏组件和建筑同时设计和施工，光伏组件兼具发电和建材双重功其接近弱光下电池最高效率所需带隙，在阴雨天气、日出日落等弱光条件下均能工作。且钙钛矿器件可以实现半透明化、色彩可调节、能够沉积与柔性可弯折薄膜基底，这些都是目前晶硅电池难以实现的，使其在建筑上使用时具备独特魅力。因此BIPV将成为钙钛矿电池首要落地场景，其中以遮阳棚、雨棚、公共场馆为首的公共BIPV是钙钛矿电池实的柔性可弯折、投资成本低特性，使其相比与光伏、薄膜电池，远期更有望用于制备光伏车顶(VIPV)。伴随着后续产业化降本和效率稳定性突破，钙钛矿电表7：三类光伏电池主要光电特性光电特性钙钛矿电池晶硅电池薄膜电池带隙范围(eV)产业深度率3%组件成本(元/W)伏幕墙投资回收期有望随规模化缩短光伏幕墙投资回收期有望随规模化降本缩短。我们对短期内BIPV光伏矿电池实现GW级出货，光电转换效率达到18%。2)钙钛矿弱光吸光性能更好，假设幕墙立面上钙钛矿光伏转换效率为理想条件，可以达到WmWm2；3)光伏组件池成本约1.08元/W，其中TCO玻璃占比约44%；4)安装总成本参考资回收期为10.56年。随着光伏幕墙规模化降本，投资回收期有望进一表8：26m*60m光伏幕墙初期投资成本项目成本(万元)项目成本(万元)762费用6矿光伏组件计6项目假设项目假设数矿弱光下光电转换效率机容量元/W装成本资成本运维成本元/W元/kwh电自用比例年限20年产业深度资回收期4.多企业布局钙钛矿电池，钙钛矿产业有望加速电池头部企业处于百兆瓦级中试阶段，协鑫光电、纤纳光电和极电光能走在产业化前列。从目前披露的数据看，协鑫光电钙钛矿大面积组件的以通威股份、其在晶硅电池制造上的优势，进一步打开晶硅电池效率空间。初创企业表10：单结钙钛矿电池企业布局动态一览公司技术路线电池性能产业布局是否上市/融资非上市公司纯钙钛矿电池布局协鑫光电式完成B+轮融资人民币，淡马投资、红杉中领投)纤纳光电式)完成D轮融资(2022.10.09，集团领投)极电光能式验室) 2023年可达)全球首条GW级钙钛矿光伏组件及BIPV产品生产完成A轮融资(2023.03.09，创投领投，鼎百孚、建银国、锡创投、九00of24众能光电式(2022.12.05，夏恒天资本)大正微纳率%@40×60cm(40×60cm)生产线线手机厂的测试订单，且与国家能源集团签订试点签订合作协议军工用品等(2022.01.29，昌盛投资)无限光能(试验线)(实验室)完成A轮融资睿资本)万度光能年大试线成功后将扩充至10GW/年产能；二期项目目前一期厂房的土建部分和内部装修已完成，设备进场，进行调试的阶段；投产后，预计至(2021.08.25，清能院))面积钙钛矿中试组件下线面积钙钛矿组件第三方认证效率达到15.51%@3500cm²证效率达到18.5%@3500cm²完成B轮融资(2021.01.20，能新能源)脉络能源72%(室内)线实现工艺贯通，首片大面积(30cm×30cm)钙钛矿m捷资光晶能源11of24(实验室)投，创鼎祥资鑫磊半导伏组件生产基地项目否上市公司纯钙钛矿电池布局宁德时代试线是奥联光能是(奥联电子子公司)公司技术路线电池性能产业布局是否上市/融资上市公司钙钛矿叠层电池布局合特光电钛矿/HJT叠层30%(实验室)2年9、10月份与相关供应商完成了采购合同的轮出片测试是(杭萧钢构子公司)宝馨科技钛矿/HJT叠层定量产产线建设W是嘉悦新能源项目分三期建设，三期拟建设HJT异质结践，未提上日程是(聆达股份子公司)晶科能源钙钛矿/TOPCon叠层%(实验室)公司开展了“高效稳定大面积钙钛矿太阳能电池关组件稳定性研究方面取得重大进展是通威股份电池将会下线是隆基绿能钙钛矿/HJT叠在钙钛矿等新电池技术方面均有研发和技术布局，是产业深度22of24层东方日升线池相关技术尚处于实验室阶段是中来股份钙钛矿/TOPCon叠层正面转换效率>26%(实验室)钙钛矿晶硅叠层电池项目正在研发中，现阶段重点钙钛矿电池相匹配的底层电池研发是天合光能钙钛矿/HIT叠层电池29.2%@1cm²(ISE第三方认证效率/TOPCon叠层电池实验室效率达到26.7%@1cm²；钙钛矿/晶体硅叠层实验室效率达到21.2%@16cm²，公司获得了国家重点研发计划的支持是爱康科技钛矿/HJT叠层高度重视钙钛矿电池的市场前景，已经涉足钙钛矿是非上市公司钙钛矿叠层电池布局仁烁光能层目标>22%@1200cm² 钙钛矿叠层中试线建成币，三投)华晟新能源钛矿/HJT叠层G12异质结钙钛矿晶0W+1、已具备量产尺寸钙钛矿/HJT叠层电池的研发平发3.到2025年建成100MW钙钛矿叠层电池产线和完成B轮超20人民币融资(2023.01.19，金领投，锡创、合肥产投集、日初资本跟投)29.52%@1.12cm²(实)W否曜能科技钛矿/HJT叠层小面积钙钛矿/晶硅两端叠层电池稳态输出入使用(2022.03.29，码资本、高瓴资本)锦能新能源硒叠层电池目标效率22%(量产钛矿铜铟镓硒叠层电池全产业链项目，主要建设钙配套设施，项目全部建成投产达产后，量产效率达否黑晶光电钙钛矿/PERC3年1月，公司与上市企业皇氏集团达成战略合太阳能电池加工厂，将配合公司TOPCon/钙钛矿叠池技术研发和生产应用(2022.08.15，创伟业)产业深度33of24图28：钙钛矿电池产能有望从2025年实现加速(GW)5.风险提示钙钛矿电池技术提升不及预期。当前大面积钙钛矿电池效率最高只有15%，低于当前主流晶硅电池光电转换效率。钙钛矿产业化发展有赖于通过技术进步而提高钙钛矿电池光电转换效率、长效稳定性等，以使其具备可与晶硅电池媲美的性能。如果钙钛矿电池技术提升不及预期，将钙钛矿电池产业链推进不及预期。当前钙钛矿电池尚未形成产业链，上游成本较高，部分原料需要定制生产。钙钛矿产业的降本同样依