钙钛矿电池市场分析

钙钛矿电池市场分析钙钛矿是指一类分子通式为ABX3的晶体，其中A代表一价有机或无机阳离子（如甲胺MA+、甲醚FA+、Cs+铯等）；B代表二价金属阳离子（Pb2+铅、Sn2+锡、Ge2+锗，最常用是Pb2+）；X代表一价卤素阴离子（如Br-溴、I-碘、Cl-氯，最常用是I-）。钙钛矿按结构分为平面正式/平面反式。正式和反式的区别在于，电子传输层与空穴传输层的位置发生调换。中间钙钛矿材料为吸光层，材料的电子吸收光子能量后跃迁，形成电子-空穴对，电子与空穴在吸光层内部迅速分开，分别通过ETL和HTL输送到阴极、阳极，两极之间产生电动势，进而产生。二、钙钛矿电池优势1、原材料丰富易得、用量少、成本低原始材料储量丰富、不受稀有金属元素储量限制；钙钛矿是人工合成材料，其中A位、B位、X位均可迭代替换，可选的材质种类众多；原材料用量少，钙钛矿厚度大概0.3微米，晶硅电池厚度通常为180微米。根据CPIA预测，2023年平米级钙钛矿光伏产品有望实现17-19%的转换效率，预期2030年可能提升至25%。当前百兆瓦级产线阶段成本可以控制在1.0-1.5元/W，2025年后GW级产线有望将成本降至0.8元/W；2028-2030年10GW级产线有望将成本降至0.6元/W。2、生产能耗低钙钛矿对缺陷和杂质不敏感，通常95%的纯度即可满足需求，而晶硅电池需要将硅提纯到99.9999%，因此反复提纯和制作中涉及多个千度高温流程，而钙钛矿在200-300°C时就会分解，因此整个生产流程温度不超过其分解温度，生产能耗差距大，钙钛矿组件单瓦能耗约为晶硅组件的1/10。3、产业链短、耗时短晶硅电池需要经历硅料、硅片、电池、组件4个环节，需要在多地、多厂、多环节流转，耗时最少需要3天；对比之下，钙钛矿生产流程简单，直接将玻璃、胶膜、靶材、化工原料在一间工厂内加工成组件，从原材料到组件只需要45分钟。4、生产成本低钙钛矿进入量产后，预计组件成本为0.5-0.6元/瓦，而晶硅组件的极限成本为1-1.2元，钙钛矿的组件成本仅为晶硅组件极限成本的50%。5、转换效率高钙钛矿单层和叠层的理论值和实验室效率均超过晶硅电池。由于钙钛矿材料的带隙可调范围（1.72-3.06eV）远大于晶硅（1.12eV），单层钙钛矿理论效率上限超过30%，叠层的理论转化效率可达45%，而晶硅为29.43%。三、钙钛矿电池发展瓶颈1、稳定性、衰减、寿命问题钙钛矿结构为ABX3，其中A通常为甲胺或甲脒体系（有机），B和X通常为铅（无机金属）和氯/碘（无机非金属）；这种有机、无机、金属、非金属混杂的三元结构不稳定（稳定性不如晶硅），容易被水氧光热分解，进而影响寿。以效率下降到初始值的80%为淘汰标准。2、大面积成膜导致转换效率下降单结钙钛矿面积做大后，对于晶硅才会有明显的成本优势，但是，根据当前试验数据，随着面积的增加，钙钛矿转换效率下滑幅度较大，主要原因包括：1）大面积钙钛矿薄膜容易出现孔洞；2）大面积界面层质量不易控制；3）大面积组件进行激光划线后产生不具备发电能力的死区。3、镀膜设备成本高昂钙钛矿电池原料用量少且不十分稀缺，关键技术壁垒仍然在设备端，主要涵盖封装、激光、镀膜、涂布设备等。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。蒸镀在大面积薄膜制备上具有优势且适用于多项镀膜环节，有望成为主流钙钛矿镀膜技术。钙钛矿薄膜沉积工艺主要包括溶液法和气相沉积法。溶液法包括刮涂法与狭缝涂布法等，优点是成本低、设备兼容度高、原料利用率高，但大面积均匀性不易控制、对基底平整度要求高。同时，有毒溶剂的使用、基底对前驱体溶液的浸润性差、难以实现均匀大面积钙钛矿薄膜制备等特点，也一定程度上阻碍了其在大规模生产中的应用。四、钙钛矿电池产业链钙钛矿电池产业链上游由原材料、设备生产厂商构成，下游应用领域众多。相比于晶硅电池，钙钛矿电池具有极限转换效率高、生产成本低、制备工艺简单、高柔性等优势，可以应用于光伏发电、LED等领域，发展前景广阔。作为第三代太阳能电池技术，钙钛矿太阳电池技术被视为未来可以取代晶硅电池的技术。经过多年来的发展，钙钛矿太阳电池技术得到了极大地提升，光电转换效率不断突破，峰值已经接近于晶硅电池。五、钙钛矿电池市场规模预测根据国际市场调研机构PrecedenceResearch的报告显示，2021年全球钙钛矿太阳能电池市场约为0.6亿美元，到2030年这一数字将跃升至72亿美元，年复合增长率31.8%。六、钙钛矿电池重点生产企业1、迈为股份迈为股份是一家集机械设计、电气研制、软件算法开发、精密制造装配于一体的高端设备制造商。公司主营产品为太阳能电池生产设备，主要应用于光伏产业链的中游电池片生产环节。公司看好异质结/钙钛矿叠层技术，期待科研成果转化。公司认为异质结与钙钛矿叠层电池技术将成为未来行业的主要发展趋势。一方面，异质结与钙钛矿电池之间展现出了良好的兼容性；另一方面，公司现有的设备和材料已经可以有效地应用于钙钛矿叠层电池的生产中。公司认为产业化过程会分三步走，第一步异质结的产业化，第二步异质结加铜电镀的产业化，第三步是异质结叠钙钛矿的产业化。2020年，公司开展钙钛矿激光技术研究项目，研究对钙钛矿型太阳能电池组件的切割工艺。2021年，公司已成功交付专用于单结钙钛矿电池的激光设备，用于钙钛矿太阳能电池组件的高精度切割，是公司在单结、大面积钙钛矿电池领域的重要进展之一。2023年，公司在异质结技术上大的技术方向布局均已完成，据公司2023年8月公告披露，公司实验室钙钛矿研发线计划在2023年底投入运营。2、协鑫科技协鑫科技是全球领先的颗粒硅产业化生产商，主要业务包括硅料、硅片以及光伏电站运营。近年来，公司颗粒硅以及钙钛矿业务快速发展。下属子公司协鑫光电，专注于钙钛矿太阳能组件领域，钙钛矿电池转换效率持续突破，产业布局行业领先。2021年9月，协鑫光电建成全球首条100MW量产线，组件尺寸1m×2m。2023年4月，协鑫光电生产的1m×2m全球最大尺寸钙钛矿组件效率达到16.02%，在大尺寸组件的量产和转换效率方面领先行业。2023年11月，协鑫光电生产的1m×2m的钙钛矿单结组件转换效率再次突破，达到18.04%，下一步将致力于新一代钙钛矿叠层组件研发。同月，生产的279mm×370mm钙钛矿叠层组件转换效率达到26.17%。2023年12月，协鑫光电对此前的钙钛矿叠层组件进行了升级，叠层面积扩大了一倍，生产的369mm×555mm钙钛矿叠层组件转换效率达到26.34%。此外，公司投资50亿元协鑫光电GW级钙钛矿项目，致力于建设全球首条大规格2GW钙钛矿生产线，该项目预计将于2024年下半年完工并投入生产。3、捷佳伟创捷佳伟创是国内领先的太阳能电池设备制造企业。主要产品包括湿法设备系列、管式设备系列、板式设备系列、激光设备系列、金属化设备系列、智能制造设备系列、晶体硅电池整线解决方案等。在钙钛矿领域，捷佳伟创通过巩固其现有技术优势并进行战略性先行布局，取得了市场领先地位。公司具备钙钛矿及钙钛矿叠层MW级量产型整线装备的研发和供应能力，已向十多家光伏头部企业和行业新兴企业及研究机构提供钙钛矿装备及服务，其中包括公司最新研发的五合一团簇式钙钛矿叠层真空镀膜设备，可以为客户减少设备占地面积、降低成本、提升转换效率。2022年7月，捷佳伟创公司钙钛矿太阳能电池生产的关键量产设备“立式反应式等离子体镀膜设备”（RPD）通过厂内验收并投入生产，顺利出货了GW级HIT电池产线设备并中标某领先公司的钙钛矿电池量产线镀膜设备订单，10月继某央企研究院的钙钛矿低温低损薄膜真空沉积设备订单，某国家科学院的反应式等离子镀膜设备订单后中标某全球头部光伏企业的钙钛矿电池蒸镀设备订单。2023年，捷佳伟创钙钛矿设备产业化项目在常州奠基，能够进一步提高公司钙钛矿核心装备生产能力，持续巩固公司产品和技术优势。4、京山轻机京山轻机是一家以高端装备为核心业务的集团公司，产品和服务主要应用于光伏、瓦楞包装等多个行业和领域。公司致力于成为全球领先的智能制造整体解决方案服务商。在光伏装备领域，公司产品覆盖了组件和电池片等环节，为客户提供光伏单机设备和整线解决方案。京山轻机前瞻布局，较早完成钙钛矿设备开发以及实际销售。2017年，京山轻机收购苏州苏州晟成光伏设备有限公司100%股权，主营业务增加了光伏自动化业务，正式进入光伏领域。目前，光伏业务已逐步成为公司营收的主要来源。2020年，苏州晟成建立用于制备异质结和钙钛矿叠层电池的核心设备研发中心，预计2024年6月30日达到预定可使用状态。2021年5月，苏州晟成与协鑫光电进行钙钛矿叠层电池技术合作开发，为协鑫光电全球第一个100MW钙钛矿产线提供相关设备。2022年6月，苏州晟成突破钙钛矿电池装备，晟成光伏团簇型多腔式蒸镀设备具备完全自主知识产权，现已量产交付，并成功应用于多个客户端。前公司提供MW级钙钛矿及整体解决方案，并提供GW级钙钛矿量产装备输出与技术支持。在产品方面，公司可提供PVD镀膜设备、团簇型多腔蒸镀设备、ITO玻璃清洗机等产品。5、曼恩斯特曼恩斯特专注于高精密狭缝式涂布技术工艺设计与研发，向客户提供涂布技术整体解决方案的高新技术企业。涂布技术作为工业通用技术，应用领域非常广泛，公司自成立以来始终专注于涂布技术的研