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光伏产业研究系列报告（5）：薄膜电池——历经周期洗礼，又到拐点时刻

核心内容

薄膜电池是继晶硅电池之后出现的新一代技术，采用直接带隙半导体材料，具有更高的转换效率和更低的生产成本。其在性价比方面一度优于晶硅电池，但因技术壁垒高、市场参与者少，过去几年市场份额萎缩。近年来，随着CdTe和钙钛矿技术的突破，薄膜电池在成本和应用场景上展现出更强的竞争力。

主要观点

• 技术优势：薄膜电池的活性层厚度仅为1-2μm，材料用量远低于晶硅电池，具有弱光效应好、温度系数低等优点，适合在光照条件差或炎热地区应用。
• 成本优势：CdTe电池成本已降至20美分/W以下，比晶硅组件低约10%，且成本下降主要依赖技术提升而非大规模资本投入，具备明显的先发优势。
• 应用场景广泛：薄膜电池可制成柔性组件，适用于建筑曲面屋顶和BIPV市场，具有更广阔的市场空间。
• 行业格局稳定：目前CdTe电池的市场格局以First Solar为主导，占据99%以上的全球市场份额，国内龙焱能源是唯一实现CdTe组件量产的企业。

关键信息

CdTe电池

• 技术优势：CdTe具有较高的光吸收系数，理论效率达32%，商业化组件效率已达18%。
• 成本优势：随着生产效率提升和组件尺寸扩大，CdTe电池成本有望进一步下降，甚至低于晶硅电池。
• 市场前景：随着新产品的推出和产能扩张，CdTe电池市场份额有望回升，尤其在BIPV市场具有较大发展潜力。
• 竞争格局：目前全球仅有三家具备CdTe组件量产能力的企业，其中First Solar占据绝对优势，龙焱能源在国内市场具有领先地位。

钙钛矿电池

• 技术潜力：钙钛矿电池理论效率高，且成本优势显著，未来有望成为新一代光伏技术。
• 商业化进程：目前仍处于商业化早期，小批量生产成本有望降至1元/W以下，但量产仍面临稳定性、大面积工艺和铅污染等挑战。
• 代表企业：牛津光伏、协鑫纳米、纤纳科技等企业正积极布局钙钛矿技术，其中牛津光伏与梅耶博格合作，计划在2021年前实现产业化。

投资建议与标的

• CdTe技术：关注First Solar和龙焱能源科技，前者为全球领先企业，后者为国内唯一量产企业，具备长期增长潜力。
• 钙钛矿技术：关注牛津光伏、协鑫纳米、纤纳科技，其中牛津光伏具备较强的研发和工业设计能力，金风科技为其最大股东。

风险提示

• CdTe电池成本不及预期：由于技术壁垒高，市场参与者少，CdTe电池的降本可能滞后于晶硅。
• 钙钛矿电池产业化低于预期：稳定性、大面积工艺和铅污染仍是产业化的主要障碍。

技术分类

• 第二代技术：主要为无机化合物薄膜电池，如非晶硅、CIGS、CdTe等。
• 第三代技术：以钙钛矿为代表的新兴技术，具有更高的效率提升速度和更低的材料成本。

发展历程

• 早期发展：1980年代，薄膜电池曾占据市场份额的30%，但随着晶硅技术的成熟和成本下降，市场份额逐步萎缩。
• CdTe崛起：2004年后，First Solar推动CdTe产业化，市场份额一度回升至15%以上，但2012年后因晶硅成本下降，市场份额再次下滑。
• 未来展望：随着CdTe电池效率提升和组件尺寸扩大，其成本有望进一步下降，市场竞争力增强，同时钙钛矿电池的快速进步可能成为推动薄膜电池市场份额提升的新动力。

成本分析

• CdTe成本构成：主要包括设备折旧、导电玻璃、封装等，其中设备折旧占比最大，随着产能扩大，成本有望显著下降。
• 降本路径：通过提升组件效率、扩大尺寸规格和加快生产节拍，实现成本快速下降。
• 效率提升：First Solar的S6组件效率达17%-18.4%，成本有望降至20美分/W以下，相较晶硅组件仍有优势。

市场前景

• BIPV市场：薄膜电池更适应BIPV市场，其可定制化生产、柔性结构等优势使其成为建筑一体化的首选。
• BIPV增长预期：2018-2028年BIPV市场复合增速有望超过30%，未来市场空间广阔。
• 龙焱能源：已实现CdTe组件的批量生产，在BIPV市场占据一定地位，未来仍有较大增长潜力。

技术与环保质疑

• 技术瓶颈：CdTe电池的效率提升受限于沉积工艺和界面工程，需进一步优化。
• 原料供应：碲矿储量和价格对CdTe电池发展有一定影响，但短期内不会成为主要瓶颈。
• 环保问题：CdTe电池中镉元素以稳定化合物形式存在，排放量远低于晶硅电池，符合环保要求。

行业格局

• CdTe电池：竞争格局高度集中，First Solar占据主导地位，国内龙焱能源是唯一可批量生产的企业。
• 钙钛矿电池：技术路线多样，但产业化仍处于早期，需依赖设备商和研发能力实现突破。

总结

• 市场趋势：薄膜电池市场份额已止跌回升，尤其是CdTe电池在新技术和新产品的推动下，具备长期增长潜力。
• 未来展望：CdTe电池在成本和效率上持续优化，钙钛矿电池则因其快速发展的潜力，成为未来光伏产业的重要方向。
• 行业格局：由于技术壁垒高，薄膜电池行业竞争格局稳定，龙头企业有望长期占据优势。

图表目录（摘要）

• 图表1：太阳能电池分类
• 图表2：薄膜电池活性材料吸光能力远高于晶体硅
• 图表3：近30年来三种薄膜电池能量转换效率提升历史
• 图表4：碲化镉电池的产业链更短
• 图表5：同样装机量薄膜组件发电量更高
• 图表6：薄膜组件温度系数更低，更适合炎热地区
• 图表7：晶硅组件主要用于光伏集成建筑（BAPV）
• 图表8：薄膜光伏组件更适用于光伏一体化建筑（BIPV）
• 图表10：钙钛矿电池效率提升速度远超其他技术路线
• 图表11：薄膜电池份额历史变化趋势统计
• 图表12：2000年三类薄膜电池产量及份额统计
• 图表13：2008年三类薄膜电池产量及份额统计
• 图表14：2000年以来薄膜电池份额变化趋势统计
• 图表15：CdTe电池能量转换效率提升情况统计
• 图表16：CdTe电池结构
• 图表17：CdTe组件出货量统计
• 图表18：2018年三家CdTe组件企业出货量估计
• 图表20：FirstSolar CdTe组件产线
• 图表21：CdTe薄膜主要沉积技术及代表企业
• 图表22：CdTe组件与晶硅组件成本变动趋势
• 图表23：FirstSolar电池效率提升1倍以上
• 图表24：FirstSolar电池降本速度远快于组件降本
• 图表25：晶硅光伏产业链上降价幅度普遍超过80%
• 图表27：CdTe组件成本明细
• 图表29：CdTe薄膜组件面积增加将带动电池成本快速下降
• 图表30：全球各区域当前组件价格（$/W）
• 图表31：CdTe成本效率与晶硅比较
• 图表32：建筑光伏一体化不同类型
• 图表33：2018-2028年BIPV市场复合增速有望超过30%
• 图表34：晶硅组件玻璃幕墙室内效果
• 图表35：薄膜幕墙室外效果
• 图表36：FirstSolar上市以来营收及毛利率情况统计
• 图表37：FirstSolar研发成果路线图
• 图表38：FirstSolar上市以来营收及毛利率情况统计
• 图表39：FirstSolar上市以来资本开支情况统计
• 图表40：龙焱能源CdTe电池产业技术水平稳步提升
• 图表42：碲矿价格近年来处于低位
• 图表43：太阳能电池组件和其他能源的镉排放比较图
• 图表44：硅电池和碲化镉电池重金属排放比较图
• 图表45：2005-2018年钙钛矿电池具有里程碑意义的研究进展统计
• 图表46：典型的钙钛矿晶体结构和钙钛矿电池活性材料空间结构
• 图表47：一种典型的钙钛矿薄膜电池结构
• 图表48：钙钛矿电池效率提升速度显著高于主流技术
• 图表49：钙钛矿电池的典型结构
• 图表50：各类钙钛矿电池结构及其代表器件转换效率
• 图表51：苏州协鑫生产的71x41小组件
• 图表52：苏州协鑫100MW钙钛矿组件成本拆分
• 图表53：晶体硅/钙钛矿叠层电池大幅提升太阳光利用水平
• 图表54：一种钙钛矿/晶硅叠层电池结构
• 图表55：钙钛矿组件（0.72m²）原材料成本明细
• 图表56：钙钛矿材料及组件生产流程
• 图表57：一条45MW钙钛矿电池产线主要参数
• 图表58：钙钛矿组件成本明细
• 图表59：电池效率提升能够显著降低钙钛矿组件成本
• 图表60：组件尺寸增大能够有效降低钙钛矿组件成本
• 图表61：某三类资源区典型项目参数
• 图表62：不同组件效率下钙钛矿光伏系统成本明细
• 图表63：钙钛矿组件寿命超过10年即能实现与晶硅同等LCOE
• 图表64：目前主要的钙钛矿层沉积工艺及其研究成果
• 图表65：晶体硅/钙钛矿叠层电池大幅提升太阳光利用水平
• 图表66：一种钙钛矿/晶硅叠层电池结构
• 图表67：目前全球进展较快的钙钛矿企业情况简介
• 图表68：牛津光伏公司发展历程
• 图表69：梅耶博格计划推出的HIT/钙钛矿叠层电池结构
• 图表70：牛津光伏叠层电池的认证效率高达28%
• 图表71：协鑫纳米生产的单结钙钛矿试验组件
• 图表72：协鑫纳米试验中的晶硅+钙钛矿叠层组件
• 图表73：纤纳科技制备的钙钛矿小组件效率连续打破世界纪录
• 图表74：纤纳科技创始人展示公司钙钛矿组件产品

投资建议

• CdTe电池：关注First Solar和龙焱能源科技，前者为全球领军企业，后者为国内唯一量产企业。
• 钙钛矿电池：关注牛津光伏、协鑫纳米和纤纳科技，其中牛津光伏与梅耶博格合作，具备产业化潜力。

风险提示

• CdTe电池成本不及预期：由于技术壁垒高，市场参与者少，成本下降速度可能滞后。
• 钙钛矿电池产业化低于预期：稳定性、大面积工艺和铅污染等问题仍需解决。

结论

薄膜电池，尤其是CdTe和钙钛矿技术，正在经历新的发展周期。随着技术进步和成本优化，其在光伏市场中的竞争力有望逐步增强，成为未来光伏行业的重要组成部分。