钙钛矿电池行业调研与市场研究报告2023年

2023年钙钛矿电池行业调研与市场研究报告LOGO01行业发展概述行业定义、行业特点、发展历程02行业环境分析政治环境、经济环境、社会环境、技术环境、发展驱动因素03行业现状分析行业现状、行业痛点、行业建议04行业格局及趋势行业发展趋势、行业格局、代表企业目录

CONTENTS01行业发展概述行业定义、行业特点、发展历程行业定义钙钛矿的命名来自于俄罗斯矿物学家Perovski的名字，1839年，德国科学家GustavRose在俄国考察中在乌拉尔山脉发现元素组成为CaTiO矿物，为纪念俄国矿物学家LevAlekseyevichvonPerovski，GustavRose将该矿物命名为“Perovskite”。钙钛矿最初是单质钛酸钙（CaTiO）这种矿物，后来则将结构为ABX以及与之相似的晶体统称为钙钛矿物质，所以钙钛矿太阳能电池中既没有钙也没有钛。在钙钛矿八面体结构中，A属于较大的阳离子，B属于较小的阳离子，X是阴离子，每个A离子都被B和X离子一起构成的八面体包围。由于钙钛矿光吸收系数高、载流子迁移率大、合成办法简单等优点，钙钛矿材料被认为是下一代最具前景的光电材料之一。行业发展历程第一阶段为BSF电池阶段（2010-2020）光电转换率较低，约为20%；第三阶段为HJT、TOPCon电池阶段（2020-2030）转换效率更高，且TOPCon生产线可基于PERC生产线改造而成，而HJT生产线需重新建设第二阶段为PERC电池阶段（2016-2025）PERC从2016年开始发力，2021年市占率已高达92%，是现阶段的主流技术，但行业公认转换效率已达上限；钙钛矿-异质结、钙钛矿-TOPCon叠层电池是第四阶段的支柱。第四阶段为晶硅+钙钛矿叠层电池阶段（2030以后）产业链上游导电层（实现载流子收集）的基材为柔性材料、不锈钢板、玻璃等，基材上的导电氧化物一般为氧化铟锡（ITO导电玻璃）、氟掺杂SnO2(FTO透明导电玻璃)。目前导电层使用导电玻璃较多。FTO导电性能比ITO略差，但具有成本相对较低，激光刻蚀容易，光学性能适宜等优点，已经成为薄膜光伏电池的主流产品。ITO镀膜玻璃，具有透过率高，膜层牢固，导电性好等特点，随着薄膜电池对光吸收性能要求的提高，目前逐渐被FTO替代。TCO玻璃是指在平板玻璃表面通过物理或化学镀膜方法均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜(TransparentConductiveOxide)的玻璃深加工品，实现对可见光的高透过率和高的导电率，TCO导电玻璃包括ITO、FTO、AZO镀膜玻璃，分别使用锡掺杂氧化铟(In2O3)、氟掺杂氧化锡（SnO2）和铝掺杂氧化锌（ZnO）作为靶材。金晶科技近期公告称，公司TCO导电膜玻璃定位于碲化镉、钙钛矿电池等行业上游，公司TCO导电膜玻璃已经成功下线，并且与国内部分碲化镉、钙钛矿电池企业建立业务关系，得到认可开始供货。除金晶科技外，TCO玻璃企业还包括亚玛顿、耀皮玻璃、南玻A、旗滨等。根据爱采购网报价，2mm玻璃价格在60-70元/平米。（协鑫光电范斌表示目前可大规模生产FTO玻璃的有旭硝子和金晶）。目前常见的空穴传输材料（HTM）主要为有机小分子、有机聚合物和无机半导体三类。目前常用的有氧化镍、PTAA，效率较高。常用的有机小分子主要包括Spiro-OMeTAD及其改性材料等；常用的有机聚合物包括PEDOT:PSS（可以溶液成膜，适合柔性衬底）、PTAA、P3HT（聚-3己基噻吩）等，其中P3HT为主流；常用的无机HTM主要有CuI、CuSCN、CuOx、NiOx、MoOx、VOx。有机小分子与聚合物相比，具有良好的流动性，但制备困难，价格昂贵；有机聚合物具备更好的成膜性和更高的迁移率。相较于有机HTM，无机HTM的空穴迁移率更高，导电性及稳定性更好，而且成本低。钙钛矿吸光层的基本材料是钙钛矿前驱液，一般由碱金属卤化物钙钛矿和有机金属卤化物钙钛矿组成。一般采用有机无机混合结晶材料——如有机金属三卤化物CH3NH3PbX3（X=Cl\Br\I）作为光吸收材料。其中最常见的是CH3NH3PbI3，这种材料由甲基铵正离子嵌入铅离子（Pb2+）和碘离子（I-）组成的八面体框架。制作金属卤化物钙钛矿所需原材料储量丰富，价格低廉，且前驱液的配制不涉及任何复杂工艺，对纯度要求不高，后续组件对加工环境要求也不高。产业链中游目前常用器件结构分为平面结构和介观印刷结构，平面结构中又根据器件电荷传递方向的不同（电子传输层和空穴传输层进行调换）分为正式和反式，产业化进程中使用平面结构的企业较多。介观印刷结构的特点是在导电基底上通过逐层印刷方式涂覆3层介孔膜，制备可印刷的介观钙钛矿电池。平面正型结构的钙钛矿电池器件主要由底电极／电子传输层／钙钛矿层／空穴传输层／顶电极组成。目前，万度光能、南大昆山研究院在做介观印刷的技术路线，在导电体上面，进行不同的介孔层的印刷，然后在上面再印刷一层碳电极。目前，在900cm2面积实现9%的效率，在60cm2实现187%效率。协鑫光电、极电光能、纤纳光电等企业选用平面结构路径。目前钙钛矿电池生产企业中选用平面式结构较多，正式与反式均有涉及。平面结构电池中每层工艺路线与对应材料、配方、电池结构等要素相关，可能涉及的工艺如下:（一）导电基底一般使用CVD或PVD法制备ITO或FTO导电玻璃。若第二层空穴传输需要温度较高的工艺，则选择FTO导电玻璃，因为ITO超过300摄氏度之后，会容易出现弯曲形变。（二）空穴传输层PVD法或刮涂法制备，不同材料对应不同制备方法。如果选择氧化镍，它基本上就是喷涂、喷雾热解制备或者是用PVD法制备。如果选择PTAA等有机物，就需要刮涂制备或者是喷雾热解制备。（三）钙钛矿吸光层比较流行做的是湿法制备、刮棒制备、狭缝涂布制备以及喷雾热解制备，不同工艺方法各有优缺点，目前使用湿法，尤其是涂布工艺较多。（四）电子传输层若选择有机材料会使用蒸镀工艺，若为金属氧化物则会涉及气相沉积等工艺。有机材料，比如富勒烯等，选择的方式可能是蒸镀，尤其是团簇式蒸镀设备。如果选择二氧化锡或者硫化镉或者是二氧化钛这一部分，则使用PVD设备，或是RPD、磁控电射等设备。（五）电极层选择金属电极通常对应蒸镀工艺，若选择透明导电电极通常对应磁控溅射工艺。产业链下游钙钛矿电池行业下游企业市场空间广阔、销售范围广、用户分散、单批数量少、销售单价高等特点。随着全球范围内生物医药行业研究的深入及产业化程度的提升，中国行业产品种类进一步丰富，应用领域持续增加，个性化、高端化的产品将逐渐获得更广阔的应用空间。02行业发展环境分析政治环境、经济环境、社会环境、技术环境、发展驱动因素行业政治环境1《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》挥重大工程牵引带动作用，鼓励具备基础和条件的地区，积极推进电力装备重点领域技术和产品推广应用。其中，太阳能装备方面，推动TOPCon、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术和钙钛矿、叠层电池组件技术产业化，开展新型高效低成本光伏电池技术研究和应用，开展智能光伏试点示范和行业应用。《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030年)》提出到2025年实现重点行业和领域低碳关键核心技术的重大突破；到2030年，进一步研究突破一批碳中和前沿和颠覆性技术。研发高效硅基光伏电池、高效稳定钙钛矿电池等技术，研发碳纤维风机叶片、超大型海上风电机组整机设计制造与安装试验技术、抗台风型海上漂浮式风电机组、漂浮式光伏系统。研发高可靠性、低成本太阳能热发电与热电联产技术，突破高温吸热传热储热关键材料与装备。研发具有高安全性的多用途小型模块式反应堆和超高温气冷堆等技术。开展地热发电、海洋能发电与生物质发电技术研发。《“十四五”可再生能源发展规划》加强前瞻性研究，加快可再生能源前沿性、颠覆性开发利用技术攻关。重点开展超大型海上风电机组颜值、高海拔大功率风电机组关键技术研究，开展光伏发电户外实证示范，掌握钙钛矿等新一代高效低成本光伏电池制备及产业化生产技术，突破适用于可再生能源灵活制氢的电解水制氢设备关键技术，研发储备钠离子电池、液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池、锂硫电池等高能量密度储能技术。《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030年)》提出到2025年实现重点行业和领域低碳关键核心技术的重大突破；到2030年，进一步研究突破一批碳中和前沿和颠覆性技术。研发高效硅基光伏电池、高效稳定钙钛矿电池等技术，研发碳纤维风机叶片、超大型海上风电机组整机设计制造与安装试验技术、抗台风型海上漂浮式风电机组、漂浮式光伏系统。研发高可靠性、低成本太阳能热发电与热电联产技术，突破高温吸热传热储热关键材料与装备。研发具有高安全性的多用途小型模块式反应堆和超高温气冷堆等技术。开展地热发电、海洋能发电与生物质发电技术研发。《“十四五”可再生能源发展规划》加强前瞻性研究，加快可再生能源前沿性、颠覆性开发利用技术攻关。重点开展超大型海上风电机组颜值、高海拔大功率风电机组关键技术研究，开展光伏发电户外实证示范，掌握钙钛矿等新一代高效低成本光伏电池制备及产业化生产技术，突破适用于可再生能源灵活制氢的电解水制氢设备关键技术，研发储备钠离子电池、液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池、锂硫电池等高能量密度储能技术。经济环境我国为实现碳达峰、碳中和“3060”目标需要的投资规模在100万亿元以上，其中光伏产业占比颇高，而更高效率、更低成本的光伏电池——钙钛矿电池，将会是光伏发电大规模商业化应用的重要支撑。经济环境社会环境101

02改革开放以来，我国经济不断发展，几度赶超世界各国，一跃而上，成为GDP总量仅次于美国的唯一一个发展中国家。但同时我们也应看到其中的不足之处，最基本的问题便是就业问题，我国人口基数大，在改革开放后，人才的竞争更显得尤为激烈，大学生面对毕业后的就业情况、失业人士一直困扰着我国发展过程中，对于国家来说，促进社会就业公平问题需持续关注并及时解决；对于个人来说提前做好职业规划、人生规划也是人生发展的重中之重。中国当前的环境下，挑战与危机并存，中国正面临着最好的发展机遇期，在风险中寻求机遇，抓住机遇，不断壮大自己。自改革开放以来，政治体系日趋完善、法治化进程也逐步趋近完美，市场经济体系也在不断蓬勃发展；虽在一些方面上弊端漏洞仍存，但在整体上，我国总体发展稳中向好，宏观环境稳定繁荣，二十一世纪的华夏繁荣美好，对于青年人来说，也是机遇无限的时代。社会环境2当前我国材料的跃迁很大程度上是受到新能源的影响，而钙钛矿电池的发展主要是受到光伏发电的产业发展的影响。我国社会正处在能源结构转型加速进程中，光伏发光伏电产业也发展的如火如荼，因此可以作为太阳能电池的钙钛矿电池行业发展的社会环境也是处在利好局面。行业驱动因素产业支持政策持续出台,为钙钛矿产业发展护航双碳背景下BIPV市场空间有望持续增长技术进步央企参与布局，2025年建成工程示范电站国务院发布政策、十四五规划、政府报告、领导讲话等都有对钙钛矿电池行业做了一些纲领性的指导，合理的解读能够为行业做了好的发展指引。优势竞争，长期盈利，依托中国，布局全球，立足核心能力，全力获取显著竞争优势，创造得到广泛认可、深入人心的价值，通过成为“难以替代者”品牌致胜，涌现一批市场竞争力突出的全球性与区域性中国品牌，以持续正现金流实现长期盈利，这才是行业企业的发展之道。自2019年至今，钙钛矿产业发展支持政策持续出台。《“十四五”能源领域科技创新规划》指出支持高效钙钛矿电池制备与产业化生产技术，具体方向为研制基于溶液法与物理法的钙钛矿电池量产工艺制程设备，开发高可靠性组件级联与封装技术，研发大面积、高效率、高稳定性、环境友好型的钙钛矿电池；开展晶体硅/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿等高效叠层电池制备及产业化生产技术研究。2022年6月，由华能清能院主持编制的中电联《钙钛矿光伏组件》标准送审稿顺利通过专家组审查。专家组一致认为《钙钛矿光伏组件》标准技术框架结构合理、内容全面、可操作性强，与有关标准相协调，总体达到国际先进水平。这是我国首个钙钛矿光伏组件的通用技术标准。2020年9月，我国提出“碳达峰”、“碳中和”的愿景目标，其中发展绿色建筑成为实现减碳目标的重要手段，BIPV也将迎来持续增长。目前，我国及各省市十四五规划纲要多提及BIPV相关内容，为其带来发展新机遇。特别是提到“到2030年，实现应装尽装”，BIPV正在从提倡，走向全面强制推广，国内市场空间或将迎爆发式增长。当前我国多家实验室及商业公司在钙钛矿太阳能电池技术上刷新着世界纪录，总体上，我国钙钛矿太阳能光伏电池技术与国外先进水平基本持平。今年2月份，华东师范大学教授方俊锋团队与中科院宁波材料技术与工程研究所副研究员李晓冬合作，创造了新的反型钙钛矿电池效率世界纪录，转化效率首次实现大于24%；4月份，经中国计量科学研究院检测认证，极电光能研发团队在300cm2的大尺寸钙钛矿光伏组件上，创造了18.2%转换效率新的世界纪录。华能、三峡等集团积极参与钙钛矿产业布局，华能集团2025年建成工程示范电站。中国华能是较早从事钙钛矿技术研发的能源企业，通过数年艰苦攻关，掌握了从实验室电池、微型模组到中试组件的全流程制备技术。由新能源公司和清能院共同开发的三代线级别中试组件在转换效率、组件尺寸等关键技术指标均达到国际领先水平。华能集团于2015年已实现18.8%效率，2021年实现3500cm2级世界最大单体钙钛矿电池效率15.5%，2023年完成平米级量产组件，2024年完成100MW级能源装备，2025年实现产业落地与工程示范。中国长江三峡集团下属三峡资本以战略投资者身份注资纤纳光电，2021年，中国长江三峡集团科学技术研究院与纤纳光电联合开发的钙钛矿-晶硅四端子叠层组件（钙钛矿组件和PERC晶硅组件叠加），经泰尔实验室（嘉兴）测试认证，在面积约为20cm2的组件上获得了26.63%的光电转换效率。03行业发展现状分析行业现状、行业痛点、行业建议行业现状钙钛矿电池极限转换效率优势突出。对于晶硅太阳能电池来说，其理论极限转换效率为29.4%，普通单晶硅电池在理想状态下转换效率极限为25%，HJT电池理论极限转换效率为27.5%，TOPCon电池理论极限转换效率为28.7%。但相比之下，钙钛矿单层电池理论效率极限可达31%，晶硅/钙钛矿双节叠层效率可达35%，三节层电池理论极限则可跃升至45%，且如果在钙钛矿中掺杂新型材料，其转换效率最高可达50%。钙钛矿转换效率更高的原因是作为吸收层的钙钛矿禁带宽度为5eV左右，吸收波长范围更窄，但吸收系数很大。行业市场规模钙钛矿电池的弱光性能优势突出。理论研究表明，光伏电池在弱光下的发电效率与能带间隙有关，在接近2eV带隙时，光伏电池在弱光下的发电效率高达52%，而钙钛矿材料带隙可调、光吸收系数较高，且对杂质不敏感，其在弱光下仍具有突出的光电转换效率，据了解，钙钛矿光伏电池在200Lux的弱光下仍可输出25%以上的光电转换效率。相比而言，晶硅的带隙约为1eV，离2eV相差甚远，弱光下发电效率极低。钙钛矿优异的弱光性能，意味着其有望将室内照明的弱光和室外的弱光利用起来进行发电，这也是钙钛矿光伏与传统硅基光伏一个显著区别。钙钛矿材料能带间隙可调节，较为灵活。晶硅太阳能电池只有单一的带隙，因此其性能的优化空间和应用场景都十分受限。而钙钛矿材料可以通过调节组分，使能带间隙在4-3eV之间调节，进而衍生出更多的应用。如:将钙钛矿间隙调整至2eV左右，可有效利用弱光进行发电；而将钙钛矿薄膜做成不同颜色或者半透明状态，则可用在质轻的柔性基底实现建筑光伏一体化，即BIPV或BAPV；也可以通过调节间隙将钙钛矿制作成叠层电池，从而使不同波长的光能转化为电能，进一步提高光电转换效率。行业现状01

02钙钛矿理论极限效率高于晶硅电池，可达30%以上钙钛矿太阳能电池（PSCs）单结理论极限效率超30%，叠层模式下可达40%以上，相比晶硅电池效率提升空间大，主要因为人工设计后的钙钛矿材料带隙可以达到或接近s-q理论下吸光层最优带隙（钙钛矿电池效率提升速度快是因为材料可设计性强钙钛矿电池实验效率从2009年的8%提升至目前的25.7%，电池效率提升速度远快于晶硅电池的核心原因是钙钛矿电池材料可设计性强。钙钛矿电池效率提升速度非常快，2009年诞生时效率为8%，SangⅡSeok结合两步法旋涂成膜，2017年将效率提高到2行业痛点010203从三角模型可以看出，钙钛矿电池在效率和成本上都领先晶硅电池发展，但钙钛矿的稳定性差，即寿命短，现阶段钙钛矿太阳能电池的T80寿命约为4,000小时，而晶硅电池则有25年以上的寿命，二者差距较大，寿命短使得钙钛矿电池难以进一步发展。钙钛矿电池不稳定的原因主要包括吸湿性、热不稳定性、离子迁移、紫外线、器件测试过程中的光照等。尽管钙钛矿电池在实验室中获得了较高的光电转换效率，但实际生产工艺中难以达到实验中的标准，因此会受到更多因素的影响，且实验室中制备的钙钛矿电池器件面积都比较小，市场应用则需要面积更大的器件。而大面积器件薄膜的覆盖率、均匀性难以把控，且电阻也会增加，进而增加电池的串联电阻，导致性能下降。钙钛矿电池的毒性主要来自内部的铅元素，铅元素一旦泄露会产生严重的环境污染问题，因此国际上很多国家和地区都将铅元素列为禁止使用的材料。研究人员尝试过使用锡来替代铅，但电池的性能也下降了。但相较于晶硅行业用铅量（不能超过0.1%）来说，钙钛矿电池用铅量实际更低，不足0.01%。稳定性是制约钙钛矿电池发展的主要问题之一钙钛矿电池面临着大面积制备较难的困境环保问题阻碍钙钛矿电池发展的另一个因素行业发展建议提升产品质量（1）政府方面：政府应当制定行业生产标准，规范钙钛矿电池行业生产流程，并成立相关部门，对科研用钙钛矿电池行业的研发、生产、销售等各个环节进行监督，形成统一的监督管理体系，完善试剂流通环节的基础设施建设，重点加强冷链运输环节的基础设施升级，保证钙钛矿电池行业产品的质量，促进行业长期稳定的发展；（2）生产企业方面：钙钛矿电池行业生产企业应严格遵守行业生产规范，保证产品质量的稳定性。目前市场上已有多个本土钙钛矿电池行业企业加强生产质量的把控，对标优质、高端的进口产品，并凭借价格优势逐步替代进口。此外，钙钛矿电池行业企业紧跟行业研发潮流，加大创新研发力度，不断推出新产品，进一步扩大市场占有率，也是未来行业发展的重要趋势。全面增值服务单一的资金提供方角色仅能为钙钛矿电池行业企业提供“净利差”的盈利模式，钙钛矿电池行业同质化竞争日趋严重，利润空间不断被压缩，企业业务收入因此受影响，商业模式亟待转型除传统的钙钛矿电池行业需求外，设备管理、服务解决方案、贷款解决方案、结构化融资方案、专业咨询服务等方面多方位综合性的增值服务需求也逐步增强。中国本土钙钛矿电池行业龙头企业开始在定制型服务领域发力，巩固行业地位多元化融资渠道可持续公司债等创新产品，扩大非公开定向债务融资工具（PPN）、公司债等额度获取，形成了公司债、PPN、中期票据、短融、超短融资等多产品、多市场交替发行的新局面；企业获取各业态银行如国有银行、政策性银行、外资银行以及其他中资行的授信额度，确保了银行贷款资金来源的稳定性。钙钛矿电池行业企业在保证间接融资渠道通畅的同时，能够综合运用发债和资产证券化等方式促进自身融资渠道的多元化，降低对单一产品和市场的依赖程度，实现融资地域的分散化，从而降低资金成本，提升企业负债端的市场竞争力。以远东宏信为例，公司依据自身战略发展需求，坚持“资源全球化”战略，结合实时国内外金融环境，有效调整公司直接融资和间接融资的分布结构，在融资成本方面与同业相比优势突出。04行业格局及趋势行业格局、发展趋势、代表企业行业竞争格局医疗行业受经济周期影响较弱，于钙钛矿电池企业而言具有“低风险、高收益”的特点，吸引众多新兴市场参与者加入其中。目前中国钙钛矿电池行业市场企业数量众多，同质化竞争现象日趋严重，成为制约中国钙钛矿电池行业行业发展的主要原因。中国钙钛矿电池行业公司数量众多，但大多以简单融资租赁为主要业务方式，服务模式单一，同质化现象严重，为中国钙钛矿电池行业行业的发展带来以下不良影响：（1）价格战引发收益率报价逐年下降：部分钙钛矿电池行业公司为抓住优质客户资源，依靠价格战取得竞争优势，导致行业毛利率下降，医院选择合作企业时“唯价格论”，不利于行业良性发展；（2）过高授信加大财务风险：钙钛矿电池行业公司对各家医院的总体授信额度偏高，甚至超过医院的偿还能力，为自身带来较大财务风险，不利于企业的长期发展。未来，钙钛矿电池行业行业要想获得突破，首先需要企业间形成差异化竞争优势。中国政府正大力推动社会资本进入钙钛矿电池行业，对钙钛矿电池行业产品需求被迅速拉动，需求量呈现上升趋势，钙钛矿电池行业企业进军国民经济大产业的战略窗口期已经来临。钙钛矿电池行业各业态企业竞争激烈，当前，市场上50%以上的钙钛矿电池行业企业有外资介入，包括中外独（合）资、台港澳与境内合资、外商独资等，纯内资本土钙钛矿电池行业企业数目较少，约占钙钛矿电池行业企业总数的25%。此外，商业银行逐步进入钙钛矿电池行业，兴业银行、中心银行、民生银行等先后成立金融公司，涉足设备融资租赁业务。中国本土钙钛矿电池行业企业根据租赁公司股东背景及运营机制的不同又可以划分为厂商系、独立系和银行系三类三类钙钛矿电池行业企业各有优劣势：（1）钙钛矿电池行业企业具有设备技术优势，主要与母公司设备销售联动，以设备、耗材的销售利润覆盖融资租赁成本；（2）独立系钙钛矿电池行业企业产业化程度高，易形成差异化商业模式，提供专业化的融