钙钛矿电池行业发展概览报告2024-2026

2024-2026钙钛矿电池行业发展概览报告汇报人：郑昱顺2024-08-01FROMBAIDUWENKU定义或者分类特点产业链发展历程政治环境商业模式目录CONTENTSFROMBAIDUWENKU经济环境社会环境技术环境发展驱动因素行业壁垒行业风险行业现状行业痛点问题及解决方案行业发展趋势前景机遇与挑战竞争格局经济环境社会环境技术环境发展驱动因素行业壁垒行业风险行业现状目录CONTENTSFROMBAIDUWENKU行业痛点问题及解决方案行业发展趋势前景机遇与挑战竞争格局01定义或者分类特点FROMBAIDUWENKUCHAPTER什么是钙钛矿电池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。定义02产业链FROMBAIDUWENKUCHAPTER钙钛矿原材料和制造设备上游钙钛矿电池制造商中游新能源汽车、光伏产业下游产业链01020303发展历程FROMBAIDUWENKUCHAPTER04政治环境FROMBAIDUWENKUCHAPTER描述工信部、财政部、商务部等五部门联合印发:《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》:发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。科技部、发改委、工信部等九部门联合印发:《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。发改委、国家能源局、财政部等九部门联合印发:《“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。部门:政策文件:主要内容#主要写行业政策文件及其主要内容政治环境1政治环境工信部、财政部、商务部等五部门联合印发《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》:发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。科技部、发改委、工信部等九部门联合印发《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。发改委、国家能源局、财政部等九部门联合印发05商业模式FROMBAIDUWENKUCHAPTER06经济环境FROMBAIDUWENKUCHAPTER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。我国经济赶超我国人口基数大，改革开放后人才竞争激烈，大学生就业情况一直困扰着我国发展过程中。就业问题挑战促进社会就业公平问题需持续关注并及时解决，个人需提前做好职业规划与人生规划重中之重。公平就业关注经济环境07社会环境FROMBAIDUWENKUCHAPTER总体发展稳中向好我国总体发展稳中向好，宏观环境稳定繁荣，对于青年人来说，也是机遇无限的时代。关注就业公平与提前规划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。就业问题与人才竞争我国人口基数大，就业问题一直是发展过程中面临的挑战，人才竞争激烈，大学生毕业后就业情况、失业人士困扰国家发展。政治体系与法治化进程自改革开放以来，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。中国当前的环境下描述了当前技术发展的日新月异，包括人工智能、大数据、云计算等前沿技术的涌现。技术环境需求增长、消费升级、技术创新等是行业发展的主要驱动因素，推动了行业的进步。发展驱动因素行业壁垒包括资金、技术、人才、品牌、渠道等方面的优势，提高了新进入者的难度。行业壁垒我国经济不断发展08技术环境FROMBAIDUWENKUCHAPTER技术驱动技术环境的发展为行业带来了新的机遇，是行业发展的重要驱动力。创新动力技术环境的不断创新和进步，为行业的创新发展提供了有力支持。人才需求技术环境的发展促进了人才的需求和流动，为行业的人才队伍建设提供了机遇。团队建设技术环境的发展要求企业加强团队建设，提高员工的技能和素质，以适应快速变化的市场需求。合作与交流技术环境的发展促进了企业间的合作与交流，推动了行业的整体发展。技术环境010203040509发展驱动因素FROMBAIDUWENKUCHAPTER发展驱动因素自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。产业支持政策持续出台,为钙钛矿产业发展护航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。双碳背景下BIPV市场空间有望持续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12%转换效率新的世界纪录。技术进步华能、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%效率，2021年实现3500cm2级世界最大单体钙钛矿电池效率15%，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263%的光电转换效率。央企参与布局，2025年建成工程示范电站10行业壁垒FROMBAIDUWENKUCHAPTER11行业风险FROMBAIDUWENKUCHAPTER12行业现状FROMBAIDUWENKUCHAPTER市场情况描述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24%，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25%，TOPCon电池理论极限转换效率为27%。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。行业现状01市场份额变化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02市场情况钙钛矿太阳能电池的制程耗时明显减少，一体化工厂大幅降低生产成本。晶硅电池需要至少在四个不同的工厂分别加工硅料、硅片、电池、组件，单位制程至少需要3天以上，同时还需要大量的人力、运输成本等。根据协鑫纳米的数据，钙钛矿太阳能电池的生产流程较为简单，仅需45分钟就可将玻璃、胶膜、靶材、化工原料等在一个工厂内加工成组件，极大地缩短了制程耗时，简化了流程，价值高度集中。n钙钛矿电池产能投资额仅为晶硅产能投资额的一半，成本进一步降低。协鑫光电总经理进一步指出，晶硅1GW的产能（包含硅料、硅片、电池、组件）投资额在16亿元左右，而协鑫纳米钙钛矿的第一条100MW的设备产线投资在1亿元左右，1GW产能投资额仅为5亿元，是晶硅产能投资的一半，且未来在形成规模量产后，产能投资额将进一步降低。n从原材料角度分析，钙钛矿原材料对杂质不敏感且容易获得，用量也大幅减少。晶硅类太阳能电池对硅料纯度要求需达99999%，而钙钛矿材料对杂质不敏感，95%纯度以上的钙钛矿即可满足生产使用需求，且原材料为基础化工材料，不含稀有元素，容易获得，因此，钙钛矿电池不存在原材料瓶颈。行业现状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（3-5ev）。异质结/钙钛矿叠层电池理论极限效率可突破40%，高于单结晶体硅太阳能电池理论极限效率243%。根据EcoMat研究表明钙钛矿/硅叠层太阳能电池的理论效率极限为46%，远高于单结晶硅电池极限243%。如果掺杂新型材料，钙钛矿电池的转换效率最高能达到的50%，是目前晶硅电池的2倍左右。钙钛矿材料通过人工设计带隙可以达到s-q理论下吸光层最优带隙，导致最高光电转化率可超过30%。通过调整卤素A、B和X含量实现钙钛矿带隙与能带结构的移动。A位:阳离子半径越小，对应的钙钛矿带隙越大，例如，Cs、MA和FA离子半径依次增大，对应得到的CsPbI3、MAPbI3和FAPbI3钙钛矿的带隙依次减小，分别为73eV、57eV和48eV。B位:通常采用Sn替代Pb作为B位，Sn含量的逐增，钙钛矿材料带隙减小，例如CsPbI3的带隙为73eV，FAPbI3的带隙为48eV，FASnI3的带隙为40eV，CsSnI3的带隙为30eV。X位:Br离子掺杂使钙钛矿带隙增加。根据Shockley-Queisser理论，单结太阳能电池吸光材料的禁带宽度在34eV时，其理论光电转换效率可达最高的37%，通常认为吸光层材料的最优带隙为3-5eV，越接近于此效率越高。人工设计的钙钛矿材料，带隙可以非常接近于最优带隙，目前最常用的钙钛矿材料MAPbI3和FAPbI3的禁带宽度位于5-6eV，其理论最大光电转化效率均处于30%以上，因此钙钛矿是一种十分理想的新型光电材料。01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27%，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21%，2018年，JunHongNoh等通过一种无溶剂固相反应的方法将效率提升到235%，2022年，蔚山先进能源技术研究开发中心和洛桑联邦理工学院将胶体QD-SnO2牢固地连接到c-TiO2表面，形成了连续、薄和共形的SnO2层，基于双层电子传输层将PSCs效率提升到了27%。钙钛矿光伏技术与晶硅技术的根本性差异在于钙钛矿材料的设计性。晶硅电池效率在1989年达到28%，之后近四十年没有很大的突破。钙钛矿电池从2009年至2022年，效率增长都较为迅速且持续，这是因为，光伏应用中的钙钛矿材料选择比较灵活，是人工设计的晶体材料，可以通过人工设计不断寻找性能更好、成本更低的材料，不断改进设计从而提升电池性能。而晶硅材料只能提纯、结构不能改变。所以，钙钛矿技术与晶硅技术的竞争，是成千上万种钙钛矿材料和一种晶硅材料的竞争。而且钙钛矿太阳能电池的理论上限为33%，比晶硅的23%高了将近4个百分点，目前仍具有较大的上升空间。0213行业痛点FROMBAIDUWENKUCHAPTER稳定性是制约钙钛矿电池发展的主要问题之一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。钙钛矿电池面临着大面积制备较难的困境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。环保问题阻碍钙钛矿电池发展的另一个因素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%。030201行业痛点14问题及解决方案FROMBAIDUWENKUCHAPTER15行业发展趋势前景FROMBAIDUWENKUCHAPTER发展趋势前景描述随着钙钛矿电池效率、寿命提升，度电成本有望持续下降:随着行业发展日益成熟，未来FTO导电玻璃、折旧、人工等成本还会有所降低，根据