电力设备行业钙钛矿光伏电池：革新性潜力大，产业化进行时-20230903-国海证券-67页_4mb

钙钛矿光伏电池—革新性潜力大，产业化进行时

核心内容

钙钛矿光伏电池是一种具有广阔前景的第三代太阳能电池，其材料体系丰富，具备优异的光电性能。钙钛矿材料具有可调带隙、高吸光系数、低非辐射复合率等特性，使其在理论转换效率和发电能力方面优于主流晶硅电池。目前，钙钛矿电池在实验室效率上取得了显著进展，如2023年7月中国学者将单结钙钛矿电池认证效率提升至26.1%，接近晶硅电池的最高效率。

主要观点

• 优异性能：钙钛矿电池具备高转换效率、强弱光响应、低温度系数等优点，有助于降低光伏发电的度电成本（LCOE）。
• 产业化潜力：钙钛矿电池具有材料易得、制造流程简短、能耗低等优势，未来有望在综合成本经济性上超越晶硅电池。
• 核心挑战：钙钛矿电池面临稳定性不足和大面积制作效率下降的问题，但已有多种技术手段在研究和探索中。
• 应用场景：BIPV、CIPV、消费电子等新兴应用场景为钙钛矿电池提供了产业化突破口。
• 政策支持：国内外政策对钙钛矿技术给予高度关注，支持其产业化发展。
• 制造工艺：钙钛矿电池的制造工艺包括湿法和干法，其中狭缝涂布法和蒸镀法为当前主流方案。
• 技术路线：不同企业采用不同的技术路线，包括单结、叠层（两端和四端）等，以适应产业化需求。

关键信息

钙钛矿材料特性

• 钙钛矿材料具有 $\mathrm{ABX}_3$ 的离子晶体结构，A位阳离子包括有机或无机阳离子（如MA+、FA+、Cs+），B位阳离子包括Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺，X位阴离子包括I⁻、Br⁻、Cl⁻。
• 光电性能优异，具有长载流子扩散长度、高光吸收系数、低非辐射复合率等。

钙钛矿电池结构

• 基本结构为五层“三明治”结构，包括钙钛矿层、电子传输层、空穴传输层、电极层。
• 可通过叠层技术提升转换效率至40%以上，包括晶硅/钙钛矿叠层和全钙钛矿叠层。

产业化优势

• 材料易得、成本低廉，吸光层厚度仅需500纳米。
• 制造环节少、工艺流程短，能耗和碳排放显著低于晶硅电池。
• 预计1GW产能投资仅需5亿元，远低于晶硅电池的10亿元。

技术挑战

• 稳定性差，易受水分、氧气、紫外线等环境因素影响。
• 大面积制作时转换效率下降，膜层质量控制难度大。

技术升级手段

• 材料优化（如混合阳离子、添加稳定剂）。
• 膜层改善（如溶剂工程、界面工程、添加剂工程）。
• 封装工艺改进（如使用氟硅聚合物凝胶）。
• 制备工艺创新（如真空闪蒸辅助溶液工艺）。

制造工艺

• 湿法：包括刮刀涂布、狭缝涂布、喷墨打印、喷涂，其中狭缝涂布法为产业化主流。
• 干法：包括蒸镀、PVD、RPD、ALD，蒸镀法适合大面积制备，但设备成本高、材料利用率低。
• 激光刻线：作为关键工艺，涉及“3+1”四道工序，对精度要求高。

重点企业

• 协鑫光电：已建成百兆瓦级产线，预计2025年前实现GW级产线放量。
• 纤纳光电：在钙钛矿电池研发和商业化应用方面表现突出。
• 极电光能：具备良好的研发实力，多次打破钙钛矿电池组件效率记录。
• 传统晶硅企业：如隆基绿能、晶科能源、通威股份等，积极布局钙钛矿技术，以叠层电池为主要方向。

政策支持

• 国内政策如《“十四五”可再生能源发展规划》、《关于推动能源电子产业发展的指导意见》等，均对钙钛矿电池的发展给予明确支持。
• 海外如美国和韩国，也对钙钛矿技术给予资金支持和政策引导。

投资建议

• 重点公司：晶澳科技、东方日升、通威股份、捷佳伟创等被给予“买入”评级。
• 风险提示：技术进展不及预期、光伏行业需求波动、海外政策影响、其他能源竞争力加强、宏观经济下行影响行业整体发展、数据测算和预测假设存在主观性。

产业化路径

• 技术路线：从实验室研究到产业化应用，需解决稳定性与大尺寸制作问题。
• 应用场景：BIPV、CIPV、消费电子等新场景将为钙钛矿电池提供市场切入点。
• 制造规模：随着技术进步和验证，GW级产线有望在2025年前放量，推动钙钛矿电池进一步市场化。

未来展望

• 钙钛矿电池在技术、材料、制造端均具备良好基础，有望在未来几年实现产业化突破。
• 随着更多试验电站的运行和数据的积累，钙钛矿组件的可靠性将得到验证，从而推动其广泛应用。
• 多种技术路线并行发展，如湿法与干法结合、叠层电池等，为产业化提供多样选择。