鈣鈦礦行業(yè)深度報告：鈣鈦礦漸行漸近產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)拉開序幕

索引索引內(nèi)容目錄一、鈣鈦礦電池：第三代太陽能電池，產(chǎn)業(yè)化進行時 4現(xiàn)有技術(shù)進入瓶頸期，鈣鈦礦有望成為下一代光伏電池 4鈣鈦礦電池主流結(jié)構(gòu)為平面反式結(jié)構(gòu) 6二、鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化漸行漸近，但仍存在挑戰(zhàn) 7鈣鈦礦轉(zhuǎn)換效率高，且效率提升速度更快 7鈣鈦礦原材料易得且制造產(chǎn)業(yè)鏈明顯縮短 10穩(wěn)定性、大面積制備與環(huán)境污染為目前主要挑戰(zhàn) 13三、量產(chǎn)化步驟基本確定，技術(shù)路線多重多樣 16量產(chǎn)化鈣鈦礦制備步驟基本確定 16鈣鈦礦薄膜制備方法多樣，狹縫涂布為目前主流 16電子傳輸層適合RPD，空穴傳輸層適合PVD 18電極層主要使用TCO玻璃，F(xiàn)TO經(jīng)濟性更強 20鈣鈦礦電池需四次激光刻蝕，起分片效果 20封裝對穩(wěn)定性至關(guān)重要，通常采用POE材料 21疊層電池最具有產(chǎn)業(yè)化潛力，二端四端各有千秋 22四、鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化進展已經(jīng)開始，25年有望實現(xiàn)GW級量產(chǎn) 25學術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界均有較大進展，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)拉開序幕 25鈣鈦礦企業(yè)處在0-1過程，目前百家爭鳴 26鈣鈦礦制備設(shè)備有望受益 28五、相關(guān)標的及投資建議 30協(xié)鑫科技 30京山輕機 30曼恩斯特 31帝爾激光 31六、風險提示 33圖表目錄圖1：太陽能電池發(fā)展歷程及其優(yōu)缺點 4圖2：不同光伏技術(shù)指標太陽能電池的成本與太陽能電池轉(zhuǎn)換效率關(guān)系 5圖3：鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖 5圖4：鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖 5圖5：介孔結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池示意圖 6圖6：鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)化效率提升速度快 8圖7：多結(jié)疊層電池可以吸收更多波長的光 10圖8：鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)鏈顯著縮短 圖9：鈣鈦礦太陽能電池單位原材料投入顯著低于晶硅類 12圖10：鈣鈦礦太陽能電池可低溫溶液制備 12圖鈣鈦礦太陽能電池組件單瓦能耗僅為晶硅的1/10 12圖12：晶硅組件的制造成本結(jié)構(gòu) 13圖13：鈣鈦礦組建的制造成本結(jié)構(gòu) 13圖14：鈣鈦礦在水氧條件下腐蝕前后紫外吸收測試顯示其效率快速下降 13圖15：紫外光照下??????2和氧氣相互作用機理示意圖 14圖16：各種涂層技術(shù)制備的PSCs在隨面積增大效率均有所降低 15圖17：晶硅太陽能電池的焊帶中鉛含量較高，光伏焊帶示意圖 15圖18：鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)流 16圖19：鈣鈦礦薄膜制備工藝 17圖20：狹縫涂布技術(shù)原理 18圖21：PVD三種路線原理圖 19圖22：ALD原理示意圖 19圖23：鈣鈦礦電池中的激光刻蝕 21圖24：鈣鈦礦電池的兩種封裝方式 21圖25：鈣鈦礦/硅疊層電池各種結(jié)構(gòu)圖 23圖26：集成一體化鈣鈦礦晶硅疊層電池示意圖 23圖27：機械堆疊鈣鈦礦晶硅疊層電池示意圖 23圖28：全鈣鈦礦疊層的中間連接層結(jié)構(gòu) 24圖29：正反向硅基異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦疊層電池結(jié)構(gòu) 24圖30：疊層鈣鈦礦電池的結(jié)構(gòu)類型 24圖31：2009-2020年P(guān)SCs專利申請量提升迅速 25圖32：鈣鈦礦太陽能電池的大部分專利申請都來自中國 25圖33：鈣鈦礦太陽能電池制備過程較晶硅類大幅簡化 26圖34：鈣鈦礦太陽能電池生產(chǎn)的主要設(shè)備為鈣鈦礦印刷設(shè)備及真空鍍膜設(shè)備 26圖35：鈣鈦礦電池生產(chǎn)用PVD設(shè)備 29圖36：鈣鈦礦電池生產(chǎn)用涂布設(shè)備 29圖37：曼恩斯特核心產(chǎn)品——涂布模頭、智能涂布設(shè)備等 31圖38：曼恩斯特泛半導體業(yè)務(wù)涂布技術(shù)解決方案 31表1：鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)、作用及特點 6表2：鈣鈦礦電池和晶硅電池對比 7表3：鈣鈦礦太陽能電池實驗室轉(zhuǎn)換效率發(fā)展歷程 8表4：不同類型鈣鈦礦電池最新轉(zhuǎn)換效率 9表5：鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性的進展 14表6：鈣鈦礦層主流制備方法對比（按原理分類） 16表7：鈣鈦礦大面積制備方法對比（按設(shè)備分類） 17表8：部分鈣鈦礦企業(yè)進展 27表9：鈣鈦礦電池組件100MW生產(chǎn)線設(shè)備 27表10：單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化進展 28表鈣鈦礦/HJT疊層電池所需設(shè)備 28表12：京山輕機鈣鈦礦及疊層電池組件主要產(chǎn)品 3013PERC、XBC、TOPCon、HJT、鈣鈦礦以及激光轉(zhuǎn)印設(shè)備.32一、鈣鈦礦電池：第三代太陽能電池，產(chǎn)業(yè)化進行時現(xiàn)有技術(shù)進入瓶頸期，鈣鈦礦有望成為下一代光伏電池太陽能電池是指可以有效吸收太陽能，并將其轉(zhuǎn)化為電能的半導體部件。截止目前，太陽能電池經(jīng)歷了三次迭代：第一代，包括單晶硅、多晶硅在內(nèi)的硅基太陽能電池。該電池發(fā)展成熟，應用廣泛，但必須使用高純硅，造價高，制備過程成本高，產(chǎn)業(yè)化運用受到制約，PERC量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率達到23.1%，TOPCon量產(chǎn)效率目前達到25.3%以上，HJT達到255第二代（d，砷化鎵As，銅銦鎵硒化合物在內(nèi)的薄膜太陽能電池。較晶硅電池，薄膜電池能容忍較高的缺陷密度，制作成本相對低，易產(chǎn)量化，但其原料部分元素地球儲量少且嚴重污染環(huán)境，碲化鎘電池量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率達到16.6%；第三代，包括染料敏化電池、鈣鈦礦電池、量子點太陽能在內(nèi)的新型太陽能電池。制備工藝簡單，成本低，原料地球儲量大且轉(zhuǎn)化效率高，但仍處于初級階段，穩(wěn)定性較弱。圖1：太陽能電池發(fā)展歷程及其優(yōu)缺點資料來源：粉體網(wǎng)，PERC電池進入瓶頸期，需要增加修飾層來進步。例如目前的晶硅電池N型技術(shù)中TOPCon便是在晶硅的基礎(chǔ)上增加更多的修飾層，以達到增加轉(zhuǎn)換效率的目的。而硅基、薄膜太陽能電池具較高的載流子遷移率，但材料的吸光性能差，消光系數(shù)低,需要采取極薄半導體吸收層來彌補不足;如圖2所示，第三代太陽能電池兼顧效率與成本，極具發(fā)展前景。第三代電池技術(shù)中，有機太陽能電池雖具有很好的吸光性能,但載流子遷移率極低，染料敏化太陽能電池雖在彌補硅基太陽能電池、薄膜太陽能電池和有機太陽能電池的各自不足方面取得了顯著的成效，但仍面臨吸收層厚度至少要在10μm以上、難以克服的光漂白現(xiàn)象以及穩(wěn)定性差等問題。而相對來說，鈣鈦礦電池性能優(yōu)良，具有諸多優(yōu)勢，是太陽能電池極具發(fā)展前景的下一代。圖2：不同光伏技術(shù)指標太陽能電池的成本與太陽能電池轉(zhuǎn)換效率關(guān)系資料來源：CNKI_鈣鈦礦太陽能電池:光伏領(lǐng)域的新希望_魏靜等，注：Ⅰ:硅片技術(shù)(第一代電池);Ⅱ:薄膜技術(shù)(第二代電池);Ⅲ:高效薄膜技術(shù)(第三代電池)鈣鈦礦材料是具有????????型結(jié)構(gòu)的一類晶體材料，一般為立方體或八面體結(jié)構(gòu)。鈦礦其實是指具有????????型的化學組成的化合物。其中A（A=????2+，????+，????2+，????2+，??+，????2+，????2+等）是大半徑的陽離子，B（B=????4+,????4+????4+????3+,????5+等）是小半徑的陽離子，X（X=???,?????,????????,??2?等）為陰離子。??????3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，其中BX,,形成,A體組成的中心形成立方體，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。目前正在產(chǎn)業(yè)化的鈣鈦礦單結(jié)電池中，A位BX圖3：鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖 圖4：鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖 資料來源：CNKI_鈣鈦礦太陽能電池中電子傳輸材料的研究進展_丁雄傑，西部證券研發(fā)中心

資料來源：CNKI_鈣鈦礦太陽能電池中電子傳輸材料的研究進展_丁雄傑，西部證券研發(fā)中心典型的??????有機無機鈣鈦礦材料中（圖4，AB????2+，????2+是鹵素離子，如?????,????????，占據(jù)面心。離子半徑較恰當，尺寸較小的有機離子可以調(diào)節(jié)無機離子之間的空隙，無機鹵化金屬就可以構(gòu)成連續(xù)的八面體骨架，形成較為規(guī)整的近似于立方體的晶體。由于堆疊緊密所得的三維連續(xù)結(jié)構(gòu)擁有較窄的帶隙。這種有機-無機雜化的方式與傳統(tǒng)的雜化材料不同的是在分子尺度的復合，因此能夠結(jié)合有機材料和無機材料各自性能上的優(yōu)勢。最常用的純碘的鈣鈦礦材料（??3，帶隙約為1.55eV800nm機基團的存在使材料能有溶于常見的有機溶劑，性質(zhì)可通過改變有機離子尺寸而調(diào)節(jié)，因此有機-無機鈣鈦礦材料非常適合作為太陽能電池的吸光層。鈣鈦礦電池主流結(jié)構(gòu)為平面反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）以鈣鈦礦材料為吸光材料，其結(jié)構(gòu)有介孔和平面兩種。介孔結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池以致密??????2為電子傳輸材料,介孔??????2為框架,在其表面生長????3????3??????3后,沉積p型半導體材料作為空穴傳輸層。圖5：介孔結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池示意圖資料來源：CNKI_鈣鈦礦太陽能電池中電子傳輸材料的研究進展_丁雄傑等，單結(jié)鈣鈦礦電池主要有三種結(jié)構(gòu)，分為正式介孔、正式平面和反式平面結(jié)構(gòu)，反式平面結(jié)構(gòu)優(yōu)勢較大。根據(jù)是否有介孔層，可將鈣鈦礦電池分為平面和介孔結(jié)構(gòu)，介孔層既可以作為支架輔助鈣鈦礦生長，又可以加快載流子的傳輸，但其尺寸不易控制，成本較高。平面結(jié)構(gòu)中根據(jù)電子傳輸層和空穴傳輸層的位置相反分為正式和反式結(jié)構(gòu)，其中，反式結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池制備簡單、成本低，并且無需高溫燒結(jié)，是目前的主流結(jié)構(gòu)。表1：鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)、作用及特點功能層 作用 材料類型 代表材料功能層 作用 材料類型 代表材料鈣鈦礦光層 吸收光、光轉(zhuǎn)換電子傳層 傳輸電并阻空穴自由電子通過ETL轉(zhuǎn)移到陰極HTL

有機無雜化 CH3NH3Pbl3、HC(NH2)Pbl3、CH3NH3Snl3、全無機 CsPbBr3、CsPblxBr3-x、KPbl3等有機材料 富勒烯其衍物、二酰胺萘二酰新型小子材料 TPE-PDI4、TDTP等無機材料 氧化鈦氧化、五化二等導電聚合材料PEDOT:PSS、聚[雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、共軛聚電解質(zhì)(CPE)、聚合電解質(zhì)空穴傳輸層

極 有機小子材料 、DFH、、NPB等無機材料 氧化鎳銅基料等貴金屬 金、銀銅等電極層 透光、電、接外

導電玻璃 ITO、FTO、AZO碳材料 石墨、黑、納米及復材料資料來源：王耀武等《有機電子傳輸材料在反式鈣鈦礦太陽能電池中的研究現(xiàn)狀》、楊喆淇《基于界面維度調(diào)控的高效反式鈣鈦礦太陽能電池》，二、鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化漸行漸近，但仍存在挑戰(zhàn)鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）屬于第三代高效薄膜電池，憑借轉(zhuǎn)換效率高和制作成本低同時，鈣鈦礦太陽能電池在產(chǎn)業(yè)化道路面臨的發(fā)電效率不穩(wěn)定、大面積制備難、環(huán)境污染風險大的問題也在解決當中。2.1鈣鈦礦轉(zhuǎn)換效率高，且效率提升速度更快pn232--40%3結(jié)及以上鈣鈦礦疊層電池的理論轉(zhuǎn)換效率更是能達到50%左右。鈣鈦礦電池光電理論轉(zhuǎn)化效率明顯高于晶硅類太陽能電池。單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池當前25.7%31%/效率可突破40%，高于單結(jié)晶體硅太陽能電池理論極限效率29.43%。如果摻雜新型材料，疊層鈣鈦礦電池的轉(zhuǎn)換效率最高能達到的50%，是目前晶硅電池的2倍左右。由此可見鈣鈦礦太陽能電池的效率提升空間非常大。Shockley-Queisser1.34eV33.7%，通常認為吸光層材料的最優(yōu)帶隙為1.3-1.5eV此效率越高。目前最常用的鈣鈦礦材料??????????3和??????????3的禁帶寬度為1.5-1.6eV，非常接近于最優(yōu)帶隙，其理論最大光電轉(zhuǎn)化效率均處于30%表2：鈣鈦礦電池和晶硅電池對比項目鈣鈦礦電池晶硅電池單結(jié)最高效率25.7%26.1%理論極限效率31%29.4%器件厚度500nm>150um吸光范圍350~800nm400~1200nm禁帶寬度~1.4eV，且可調(diào)1.1eV弱光效應強，陰雨天等低光照環(huán)境正常工作弱，陰雨天及低光照環(huán)境基本不工作柔性易制備為柔性電池難以制備為柔性電池資料來源：《超長穩(wěn)定的混合陽離子鈣鈦礦太陽能電池性能優(yōu)化研究》，《應用案例—鈣鈦礦太陽能電池》，鈣鈦礦效率提升速度比晶硅更快。20093.8%，2017SangSeok22.1%，2018JunHongNoh24.35%，2022年蔚山先進QD-SnO2形成了連續(xù)、薄和共形的SnO2層，基于雙層電子傳輸層將效率提升到了25.7%。而晶硅電池效率在1989年達到22.8%后，之后近四十年沒有很大的突破。20093.8%25.7%核心原因是鈣鈦礦電池材料的可設(shè)計性強。光伏應用中的鈣鈦礦材料是人工設(shè)計的晶體材料，選擇靈活，可以通過人工設(shè)計不斷尋找性能更好、成本更低的材料，不斷改進設(shè)計從而提升電池性能。而晶硅材料只能提純、結(jié)構(gòu)不能改變。因此，鈣鈦礦太陽能電池與晶硅電池的競爭，是成千上萬種鈣鈦礦材料和一種晶硅材料的競爭。圖6：鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)化效率提升速度快資料來源：NERL，表3：鈣鈦礦太陽能電池實驗室轉(zhuǎn)換效率發(fā)展歷程時間研發(fā)團隊電池類型轉(zhuǎn)換效率2009日本科學家Miyasaka單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池3.80%韓國成館學Nam-GyuPark課題單結(jié)鈣礦太能電池 6.50%組2012Lee課題組牛津大學HenrySnaith單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池15.40%2015韓國化學技術(shù)研究所以及成均館大學2012Lee課題組牛津大學HenrySnaith單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池15.40%2015韓國化學技術(shù)研究所以及成均館大學單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池17.90%2016瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院(EPFL)單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池19.60%2017韓國蔚山國立科技研究所單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池22.10%2018 中國科院半體研所研員經(jīng)單結(jié)鈣礦太能電池 23.70%碧課題組2018牛津光伏(OxfordPV)硅/鈣鈦礦疊層太陽能電池27.30%2018牛津光伏(OxfordPV)硅/鈣鈦礦疊層太陽能電池28.00%2019.4韓國化學技術(shù)研究所(KRICT)單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池24.20%2019.8韓國化學技術(shù)研究所、麻省理工單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池25.20%2020.1美國能源部國家可再生能源實驗室全鈣鈦礦疊層電池23.10%2020.1亥姆霍茲中心(HZB)硅/鈣鈦礦疊層太陽能電池29.15%2020.9香港城市大學、華盛頓大學單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池25.50%2020.12牛津光伏(OxfordPV)硅/鈣鈦礦疊層太陽能電池29.52%2021.1韓國蔚山國家科學技術(shù)研究所(UNIST)單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池25.50%2021.11亥姆霍茲中心(HZB)硅/鈣鈦礦疊層太陽能電池29.80%2022.2加拿大多倫多大學EdwardH.全鈣鈦礦疊層電池26.40%Sargent教授2022.6南京大學譚海仁教授課題組全鈣位礦疊層電池28.00%2022.6普林斯頓大學研究人員大面積鈣鈦礦疊層電池21.70%2022.7 洛桑聯(lián)理工院(EPFL)和瑞士子硅/鈣鈦礦疊太陽電池 31.30%與微技術(shù)中心(CSEM)2022.8中國科學院半導體所單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池25.60%

單結(jié)鈣礦太能電池 10.00%2022.9 美國國可再能源驗室凱隊反式鈣礦太能電池 25.37%及其合作團隊托萊多大學鄢炎發(fā)團隊研究組池2023.3中國科學院半導體研究所單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池26.00%2023.3江蘇大學陳承&研究組池2023.3中國科學院半導體研究所單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池26.00%2023.3江蘇大學陳承&程明氧化鎳鈣鈦礦太陽能電池反式器件24.00%

22.28%時間研發(fā)團隊電池類型轉(zhuǎn)換效率2023.3北卡黃勁松團隊錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池23.70%2023.4KAUST光伏實驗室鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池33.20%2023.5中國科2院半導體研究所單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池26.10%2023.5KAUST光伏實驗室鈣鈦礦/硅疊層太陽電池33.70%2023.6 南京大學&仁光電 鈣鈦礦/鈣鈦疊層陽能池認效率）資料來源：3060，光伏大數(shù)據(jù)前沿，PV-Tech，鈣鈦礦太陽能電池等公眾號，

29.10%鈣鈦礦可以與HJT、TOPCon等晶硅電池組成疊層電池。硅的帶隙為1.12eV，典型的甲胺鉛碘(????????????????????)鈣鈦礦帶隙為1.55eV，當用?????部分取代???調(diào)節(jié)鈣鈦礦吸收層的帶隙至1.7eV時，預期可以獲得35%的效率，極限效率可達60%。目前鈣鈦礦/晶硅疊層電池實驗室效率達到了29.8%。TOPCon與鈣鈦礦疊層是另一種鈣鈦礦/硅疊層電池路線。目前國際上基于隧穿氧化硅鈍化解除(TOPCon)底電池的鈣鈦礦/晶體硅疊層太陽電池的最高效率是28.2%，該器件采用了與產(chǎn)業(yè)化相兼容的黑硅納米絨面和TOPCon結(jié)構(gòu)的設(shè)計。不同材料的鈣鈦礦也可組成疊層電池。通過調(diào)整鹵素占比可以獲得不同組分鈣鈦礦材料，對應鈣鈦礦材料的帶隙和能級分布也各不相同，還可實現(xiàn)帶隙連續(xù)調(diào)控，這決定了鈣鈦礦可以廣泛應用在發(fā)光、光伏、光探等各個領(lǐng)域。鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層電池的效率比鈣鈦礦/晶硅疊層電池稍低，但也有經(jīng)認證的產(chǎn)品達到60%的極限效率。目前鈣鈦礦/鈣鈦礦疊28%。表4：不同類型鈣鈦礦電池最新轉(zhuǎn)換效率電池類型轉(zhuǎn)換效率研發(fā)團隊時間正式電池25.70%韓國蔚山國家科學技術(shù)研究所（UNIST）2021.12反式電池25.37%朱凱、托萊多大學鄢炎發(fā)團隊2022.9鈣鈦礦-晶硅疊層電池32.50%德國柏林亥姆霍茲研究中心（HZB）2022.12鈣鈦礦-鈣鈦礦疊層電池28%南京大學譚海仁團隊2021.12鈣鈦礦-CIGS疊層電池24.20%德國柏林亥姆霍茲研究中心（HZB）2020柔性電池23.35%香港城市大學朱宗龍團隊&中科大楊上峰團隊2022.11資料來源：NREL，日本電氣安全環(huán)境研究所，福建省計量科學研究院，相比晶硅電池，鈣鈦礦電池除效率優(yōu)勢外，還更輕薄，能透光，柔性好，短波長范圍內(nèi)吸光能力強。鈣鈦礦和其它類型太陽能電池集成以后可以捕捉和轉(zhuǎn)換更寬光譜范圍的太陽光。通過疊層的鈣鈦礦，太陽能光譜被分成連續(xù)的若干部分，波長最短的光被最外邊的寬帶隙材料電池吸收利用，波長較長的光能透射進去讓較窄能帶隙材料電池吸收利用，最大限度將光能轉(zhuǎn)化為電能，從而提升電池轉(zhuǎn)換效率。圖7：多結(jié)疊層電池可以吸收更多波長的光資料來源：魏靜等《鈣鈦礦太陽能電池:光伏領(lǐng)域的新希望》，近年來鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化效率呈現(xiàn)逐步上升趨勢。2019年協(xié)鑫光電實現(xiàn)1241.16????2面積15.31%的效率，同年纖納光電300????2尺寸的鈣鈦礦組件實現(xiàn)14.3%2019100????218%20213500????215.5%2022年極電光能300????2大尺寸組件實現(xiàn)18.2%的效率，同年協(xié)鑫光電尺寸為1m*2m的組件下線，在工藝和產(chǎn)能穩(wěn)定后，預計量產(chǎn)組件效率將超18%。超30%)研發(fā)端針對鈣鈦礦電池的研發(fā)投入逐年增加，隨著鈣鈦礦可設(shè)計性晶體配方以及工藝逐步優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)化效率將穩(wěn)步提升。根據(jù)CPIA預測，玻璃基中試組件最高轉(zhuǎn)換效率(>900????2202319.3%、202520%、203022%。鈣鈦礦原材料易得且制造產(chǎn)業(yè)鏈明顯縮短生產(chǎn)過程：鈣鈦礦電池生產(chǎn)過程較晶硅電池更加經(jīng)濟，產(chǎn)業(yè)鏈明顯縮短，原材料到組件僅需45分鐘。鈣鈦礦電池組件制備可由單一工廠完成，而晶硅電池生產(chǎn)中，硅料、硅片、電池片和組件四個環(huán)節(jié)須在不同工廠加工完成，鈣鈦礦較之生產(chǎn)過程更加集中、經(jīng)濟。45化工原料在單一工廠內(nèi)加工成為組件，產(chǎn)業(yè)鏈顯著縮短，價值高度集中。根據(jù)纖納光電、1GW晶硅電池在四個不同工廠內(nèi)分別加工硅料、硅片、電池、組件，此過程需要至少耗時3天，晶硅的硅料、硅片、電池、組件全部加起來，需要大約11.6億元的投資規(guī)模，而鈣鈦礦實現(xiàn)1GW產(chǎn)能需要的投資金額約為5億元左右，是晶硅的1/2左右，比起投資更高的第二代GaAs薄膜太陽能電池，成本更是只有1/10。圖8：鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)鏈顯著縮短資料來源：頭豹研究院《2022年中國鈣鈦礦電池行業(yè)概覽》，1GW5100MWW1W0.71制備成本：鈣鈦礦制備條件溫和，有效降低成本。電池核心材料復合鈣鈦礦材料可通過,,原料：PSCs原材料純度要求低且十分易得，用量亦低于晶硅類。鈣鈦礦太陽能電池的原材料均為基礎(chǔ)化工材料，不含稀有元素。晶硅類太陽能電池對硅料純度要求需達99.9999%率在20%以上的太陽能電池，95%純度的鈣鈦礦即可滿足生產(chǎn)使用需求，原材料更加易501000PSCs硅料價格的持續(xù)上漲使得下游電池和組件廠商利潤承壓均出現(xiàn)一定程度的下滑。而PSCs液的配制不涉及任何復雜工藝，對純度要求不高，后續(xù)組件對加工環(huán)境要求也不高，組件生產(chǎn)過程不需要晶硅電池的千度左右的加工溫度，在生產(chǎn)過程中的能耗比較低，多數(shù)環(huán)節(jié)也不需要真空環(huán)境。目前，鈣鈦礦組件成本結(jié)構(gòu)占比最多的是電極材料，達圖9：鈣鈦礦太陽能電池單位原材料投入顯著低于晶硅類資料來源：索比光伏網(wǎng)，PSCs可低溫溶液制備，單瓦能耗僅為晶硅的1/10。鈣鈦礦太陽能電池只需通過簡單的旋涂、噴涂、刮涂等溶液工藝實現(xiàn)成膜，整個生產(chǎn)過程溫度不超過150℃，較晶硅材17001約為1.52KWh，而每瓦鈣鈦礦組件的生產(chǎn)能耗僅為0.12KWh，單瓦能耗僅占晶硅的1/10。圖10：鈣鈦礦太陽能電池可低溫溶液制備 圖鈣鈦礦太陽能電池組件單瓦能耗僅為晶硅的1/100

1700

最高工藝溫度(℃)

10

1.52

單瓦能耗(KWh)1500.12晶硅 鈣鈦礦1500.12

晶硅 鈣鈦礦心

資料來源：北極星太陽能光伏網(wǎng)，索比光伏網(wǎng)，PSCs組件單W成本約0.5元，僅為晶硅極限成本的50%。在鈣鈦礦單片組件成本結(jié)構(gòu)中，鈣鈦礦占比約5%，玻璃及其他封裝材料占比32%，電極材料占比37%，理論總成本約為0.5-0.6元，僅為晶硅極限成本的50%。圖12：晶硅組件的制造成本結(jié)構(gòu) 圖13：鈣鈦礦組建的制造成本結(jié)構(gòu)鈣鈦礦2.60%3.90%7.10% 2.60%EVA背板5%3%9%人工成本2.60%3.90%7.10% 2.60%EVA背板5%3%9%人工成本固定資產(chǎn)折鋁邊框32%舊9.00%玻璃14%能源動力焊帶5.20%8.40%61.20%接線盒電極材料其他37%玻璃及其他封裝材料資料來源：美能光伏， 資料來源：智研咨詢，穩(wěn)定性、大面積制備與環(huán)境污染為目前主要挑戰(zhàn)穩(wěn)定性差是制約鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化的重要因素。以傳統(tǒng)的甲胺鉛碘為例，鈣鈦礦電池制備過程中，????3????3??????3材料在存在如下反應：正向反應為合成，逆向反應為分解反應，????3????3??????3潮濕空氣中極不穩(wěn)定,易水解退色,分解后的甲胺易揮發(fā)，而光照條件更會加快分解進程,導致電池效率快速退化。圖14：鈣鈦礦在水氧條件下腐蝕前后紫外吸收測試顯示其效率快速下降資料來源：CNKI_高效率鈣鈦礦型太陽能電池的化學穩(wěn)定性及其研究進展_郭旭東，T80（80%）400025鈣鈦礦電池多采用氧化鈦做致密層或納米多孔載體層，這種結(jié)構(gòu)導致其穩(wěn)定性對紫外光照較為敏感。圖15：紫外光照下??????2和氧氣相互作用機理示意圖資料來源：CNKI_高效率鈣鈦礦型太陽能電池的化學穩(wěn)定性及其研究進展_郭旭東，由于鈣鈦礦材料的可設(shè)計性，研發(fā)人員提出了各種應對方案解決穩(wěn)定性問題。針對熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，發(fā)展了全無機鈣鈦礦材料；針對水和高濕度不穩(wěn)定性，引進了長鏈有機分子，發(fā)展了二維鈣鈦礦材料等；常用的鋰鹽摻雜的Spiro空穴傳輸層的穩(wěn)定性比鈣鈦礦層還要低，因此提出了采用高穩(wěn)定的無機材料替代有機功能層材料的解決方案；為應對擴散和離子遷移，提出了發(fā)展表面阻擋層、封裝、“零維”鈣鈦礦材料等方案。表5：鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性的進展時間工作環(huán)境連續(xù)工作時長(小時)衰減情況備注2016年標準光源12000無衰減巴掌大小的鈣鈦礦組件2019年70℃1800衰減低于5%沒有任何晶硅能做到2020年85℃，85%RH2000無衰減-2020年晶硅IEC612159000無衰減沒有任何晶硅能做到資料來源：能源嚴究院，目前PSCs大面積模塊的效率仍遠低于小面積，是制約產(chǎn)業(yè)化的另一難題。小面積電池與大面積模塊之間存在顯著的效率差距的原因主要有：（1）溶液處理法下大面積薄膜的覆蓋率、均勻性、平整度控制難度更高；（2）尺寸增大時，鈣鈦礦層的缺陷也增加，對光誘導載流子的提取和傳輸產(chǎn)生負面影響；（3）透明電極的電阻隨面積增大而近似線性增加，使電池的串聯(lián)電阻增加，性能下降。高質(zhì)量均勻大面積薄膜的制備方法有待突破。溶液旋涂法是實驗室制備PSCs的常用方法，雖然操作簡單、成膜速度快、重復性好，但無法滿足鈣鈦礦太陽能電池大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)所需要的大面積、低成本等制造要求。目前常用制備大面積鈣鈦礦生產(chǎn)工藝主要有刮涂法、狹縫涂布法、噴涂印刷、氣相輔助沉積技術(shù)法等。目前大面積鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率與旋涂法相比仍存在差距。圖16：各種涂層技術(shù)制備的PSCs在隨面積增大效率均有所降低資料來源：ADVANCEDSCIENCENEWS，北深研究，含鉛鈣鈦礦存在環(huán)境污染風險，也是產(chǎn)業(yè)化待解決的問題。在典型的有機金屬鹵化物鈣鈦礦電池中含有鉛元素，而鉛元素一旦泄露會產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染問題，因此鉛元素在國際許多國家和地區(qū)都被列為禁止使用的材料，與此同時，含鉛鈣鈦礦電池的回收也是重要的研究課題。研究者們在努力向無鉛化鈣鈦礦探索，但相應會帶來電池轉(zhuǎn)換效率的降低。但較晶硅行業(yè)用鉛量來說，鈣鈦礦太陽能電池用鉛量實際更低。雖然硅片不含鉛，但晶1821/10RoHS0.1%0.01%圖17：晶硅太陽能電池的焊帶中鉛含量較高，光伏焊帶示意圖資料來源：索比光伏網(wǎng)，協(xié)鑫光電調(diào)研，三、量產(chǎn)化步驟基本確定，技術(shù)路線多重多樣量產(chǎn)化鈣鈦礦制備步驟基本確定隨著鈣鈦礦逐步進入量產(chǎn)化，盡管鈣鈦礦電池還處于產(chǎn)業(yè)化比較早期階段，諸多技術(shù)工藝細節(jié)尚未定型，但目前單結(jié)鈣鈦礦制備流程基本確定，其中激光切割步驟和結(jié)晶步驟為核心步驟，激光切割設(shè)備方面目前主流廠商均可以覆蓋，而結(jié)晶環(huán)節(jié)來看，由于其原理是各家企業(yè)的核心競爭力所在，基本采用定制零部件，廠商自行組裝的步驟，例如如何結(jié)晶甲醚使其保持穩(wěn)定，甲胺的摻雜比例等。圖18：鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)流資料來源：協(xié)鑫光電調(diào)研，鈣鈦礦薄膜制備方法多樣，狹縫涂布為目前主流各個膜層的制作對于鈣鈦礦效率起到?jīng)Q定性作用。在鈣鈦礦電池中，不管是傳輸層還是鈣鈦礦層都是薄膜制備，因此工藝選擇對其形成膜層的性質(zhì)起到關(guān)鍵作用，例如良好的鈣鈦礦層顯示出結(jié)晶顆粒大，層間晶界較少的狀態(tài)。干法與濕法工藝多種多樣，各有優(yōu)劣勢。由于目前理論上鈣鈦礦各層材料均有多重選擇，因此其基本都可以使用干法或是濕法工藝進行制作，而在近年逐步商業(yè)化的過程中，不僅成型后材料的穩(wěn)定性與均勻性需要納入考慮，經(jīng)濟性也成為重要的考量因素。從目前產(chǎn)業(yè)的實踐來看，干法可以獲得質(zhì)量更優(yōu)的鈣鈦礦層，而濕法工藝經(jīng)濟性更強。表6：鈣鈦礦層主流制備方法對比（按原理分類）制備過程 優(yōu)勢 劣勢制備過程 優(yōu)勢 劣勢一步溶液沉積法

PbX2（XI、、Br）CH3NH3X（XI、之間按一定的比例混合溶解在高沸點的非極性溶劑中組成前驅(qū)體的混合溶液，常用的溶劑為Ｎ,N-二甲基甲酰胺（（S（B

簡單便捷，可以低溫處理，有利于產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

鈣鈦礦形貌對反溶劑滴加時機和吹氣條件敏感，制備的鈣鈦礦薄膜形貌變化較大，性能難以控制，重復性差，晶粒尺寸小，覆蓋率低。PbI2TiO2

成膜質(zhì)量控制相對更難，容易受工作兩步溶液沉積法

PbI2PbI2CH3NH3I溶液

復性好，器件的遲滯效應較?。辉黾逾}鈦礦薄膜的結(jié)晶度，生成致密的高質(zhì)量晶體。

環(huán)境影響，同時對基底要求較高，只能在平整的玻璃上制備，不能在硅片的絨面上制備氣相輔助溶液法

TiO21PbI2CH3NH3I150PbI2反量高。應，之后對基片退火處理形成完整鈣鈦礦薄膜。

靠近基片的部分PbI2不能完全反應，增加的串聯(lián)電阻影響器件的性能。雙源蒸法 分別把CH3NH3I與PbI2放入不蒸發(fā)源，控兩種材此法制的薄平整勻，面無

在高級別的低真空狀態(tài)下成膜，制作TiO2

針孔，晶體致密均勻，尺寸接近毫

方法較復雜，對設(shè)備的精密程度要求制備過程優(yōu)勢劣勢資料來源：西部證券研發(fā)中心礦薄膜，然后在氮氣氛圍進行熱處理，完全轉(zhuǎn)化為鈣鈦礦晶體。資料來源：西部證券研發(fā)中心米級。較高。資料來源：利博科技libra，亞太光伏，西部證券研發(fā)中心圖19：鈣鈦礦薄膜制備工藝資料來源：CNKI_一步溶液法制備有機金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜的研究進展_張林星，表7：鈣鈦礦大面積制備方法對比（按設(shè)備分類）制備方法優(yōu)點缺點刮刀涂布法易于大面積制備，無需復雜設(shè)備溶液利用率低，敞開環(huán)境相愛溶液均一性差狹縫涂布法易于大面積制備，成產(chǎn)效率較高對設(shè)備精確度要求較高絲網(wǎng)印刷法易于大面積制備。涂覆過程簡單溶液利用率低，對絲網(wǎng)精度要求較高噴涂法易于大面積制備，噴涂過程簡單溶液利用率低，可重復性較差軟膜法可大面積制備，無需溶液材料利用率低，生產(chǎn)效率低氣相沉積法薄膜質(zhì)量較高，可精準調(diào)控生產(chǎn)效率低，成本高資料來源：《鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性研究進展及模組產(chǎn)業(yè)化趨勢》，濕法工藝中多采用兩步溶液沉積法，狹縫涂布為主流。其中濕法工藝（溶液法）主要包括一步溶液沉積法和兩步溶液沉積法，干法工藝則包括氣相輔助溶液法，雙源蒸鍍法等。濕法工藝中的兩步溶液沉積法相對經(jīng)濟性更高，而干法工藝質(zhì)量相對更好，但設(shè)備價格較為昂貴，同時材料利用率低。而從設(shè)備工藝分類角度來看，目前主要采用狹縫涂布方法，其基本原理為涂布膠液由存儲器通過供給管路壓送到噴嘴處，并使膠液由噴嘴處噴出，從而轉(zhuǎn)移到涂布的基材上。其優(yōu)勢在于1）可以通過控制系統(tǒng)進行狹縫寬度、移動速度和輸液速度的調(diào)整，達到更精細化控制的目的。2）溶液密封在儲液罐中，溶液利用率高。3）減少操作人員的影響。圖20：狹縫涂布技術(shù)原理資料來源：德滬涂膜公眾號，蒸鍍膜層可控性較高，2T疊層需要蒸鍍配合。物理氣相沉積法主要分為真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜、真空離子鍍膜。在鈣鈦礦層制備中，主流使用方法為蒸發(fā)鍍膜，簡稱蒸鍍法。從價格來看，假設(shè)考慮相同產(chǎn)能，由于涂布設(shè)備采用濕法鍍膜速度更快，因此會蒸鍍法可以比較精確的控制膜厚，膜層致密性、均勻性也較好，適合大面積制作鈣鈦礦層。2）干法對基底兼容性高，可以做絨面，這一點適合直接在晶硅表面制作的2T結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電子傳輸層適合RPD，空穴傳輸層適合PVD根據(jù)膜層使用的材料，制備透明導電薄膜、空穴傳輸層、電子傳輸層、電極可使用PVD&RPD鍍膜設(shè)備。部分企業(yè)鈣鈦礦電池包含陽極緩沖層、陰極緩沖層設(shè)計亦可使用鍍膜設(shè)備。PVD&RPD設(shè)備技術(shù)相對成熟，在HJT已有應用。PVD設(shè)備：采用直流磁控濺射的方式，氬氣離子在電場與磁場引導下達到靶材上，將靶材原子分子濺射到襯底以制備透明氧化物導電薄膜，可以采用自上朝下或自下朝上的沉積結(jié)構(gòu)。設(shè)備價格便宜，鍍膜膜厚均勻易控制，工藝穩(wěn)定可控，重復性較好，靶材壽命較長，適合連續(xù)生產(chǎn)，但離子轟擊可能對其他膜層造成損傷。RPD設(shè)備：使用等離子體經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后轟擊到靶材上，等離子束將靶材原子分子轟擊出來，升華后沉積到樣品上形成透明導電薄膜。RPD工藝具有低離子體轟擊損傷、低沉積溫度、高解離率、具有大面積沉積和高鍍膜速率。目前RPD設(shè)備售價相對較高。圖21：PVD三種路線原理圖資料來源：鈣鈦光電公眾號，主流企業(yè)目前嘗試的是用原料靶材真空鍍膜的方式制備，包括協(xié)鑫光電、極電光能、眾能光電等企業(yè)均選用這一工藝路線。RPD直接上方膜層的沉積制備(即平面反式結(jié)構(gòu)中的電子傳輸層，或平面正式結(jié)構(gòu)中的空穴傳輸層)，以降低傳輸層制備對已沉積完成的鈣鈦礦膜層的損傷。但目前也存在另外的解決ALDALD的晶格缺陷和成分均勻性問題，實現(xiàn)原子級的精確度和無孔隙薄膜，同樣存在產(chǎn)業(yè)化潛力。圖22：ALD原理示意圖資料來源：鈣鈦光電公眾號，電極層主要使用TCO玻璃，F(xiàn)TO經(jīng)濟性更強TCO玻璃目前主要采用PVD制備，F(xiàn)TO經(jīng)濟性更強。鈣鈦礦的透明導電基底作為其他材料的載體，光線由此射入，將收集到的光電子傳送至外電路。目前一般采用氧化銦錫導電玻璃（ITO），而未來有可能替換方案為氟摻雜的氧化錫導電玻璃（FTO）或是摻雜鋁的氧化鋅（AZ。從經(jīng)濟性與導電性對比來看，盡管FO的導電性相對較差，但FTOAZOFTO更強，但目前其大規(guī)模鍍膜制備仍存在問題。目前玻璃主要采用PVD底電極目前產(chǎn)業(yè)化完備，基本可直接購買使用，但相對光伏玻璃成本較高。由于HJT電池等已有技術(shù)需求TCO玻璃，目前底電極材料中的TCO玻璃已經(jīng)具有完備的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)，鈣鈦礦企業(yè)基本可以直接購買使用，但相對晶硅電池使用的普通光伏玻璃而言其價格昂貴，以目前的26元/平方米的價格而言，TCO玻璃的價格在50元/平方米以上。后續(xù)仍需繼續(xù)降本，例如HJT中的三疊層降銦方案等。頂電極基本采用TCO材料，目前產(chǎn)業(yè)化主要使用PVD或是蒸鍍。實驗室中為了追求效率常會使用金或是銀等方案進行頂電極的制備，不具備大規(guī)模量產(chǎn)化的基礎(chǔ)，因此目前產(chǎn)業(yè)中多采用PVD或是蒸鍍的方法將TCO制作成頂電極。鈣鈦礦電池需四次激光刻蝕，起分片效果激光工藝涉及到整個鈣鈦礦薄膜電池的制備流程，起分片效果。加工精度高、適用薄膜材料的激光是實現(xiàn)電路連接的關(guān)鍵，是整個鈣鈦礦電池制備的必備環(huán)節(jié)。鈣鈦礦電池需3P1P410~20。在P1-P3從而可以形成阻斷電流導通的單獨模塊，起分片效果，以實現(xiàn)增大電壓和串聯(lián)電池的目標。高質(zhì)量薄膜的加工是鈣鈦礦電池的重要特性，激光工藝關(guān)系到薄膜的損傷缺陷以及被切面的平整光滑程度，這類因素會共同影響電池的效率和壽命。因此，精密激光設(shè)備P1激光刻蝕：在透明導電電極TCO沉積后，和電荷傳輸層沉積前，進行激光刻蝕，以形成彼此獨立的條形導電電極；P2激光刻蝕：在第二電荷傳輸層沉積后，底電極沉積之前，進行激光刻蝕，去除HTL//ETLTCOP3激光刻蝕：去除相鄰電池的底電極L（空穴層）/鈣鈦礦層TL（電子層，留下TCO層，從而實現(xiàn)分離效果；P4清邊：去除薄膜的邊緣區(qū)域，利用激光劃線劃分出區(qū)域后進行清除。圖23：鈣鈦礦電池中的激光刻蝕資料來源：光遠股份公眾號，封裝對穩(wěn)定性至關(guān)重要，通常采用POE材料為了避免外部環(huán)境因素和分解泄漏等導致鈣鈦礦結(jié)構(gòu)或其它功能層被破壞，封裝是一種最有效的解決方法。常見的封裝方式大致可分為兩類：一種是完全覆蓋封裝，通常在模塊頂部制備封裝層；另一種是邊緣封裝，在模塊周圍放置密封劑。對于完全覆蓋封裝，既可以使用聚合物作為封裝材料，也可以采用原子沉積法制備隔絕水氧的薄膜，其優(yōu)勢在于保護效果更好，但是對鈣鈦礦層以及其它功能層影響較大，并且由于其直接接觸鈣鈦礦功能層，所以對其透光率有較高要求。邊緣封裝優(yōu)勢在于可以減少對接觸層的影響，降低封裝材料與鈣鈦礦發(fā)生副反應的可能性，同時對材料透光率的要求較低，但封裝效果會相應降低。為了進一步增加阻水效果，可以在邊緣封裝過程中加入干燥劑。封裝設(shè)圖24：鈣鈦礦電池的兩種封裝方式資料來源：鈣鈦礦光伏電池封裝材料于工藝研究進展，鈣鈦礦太陽能電池封裝材料和工藝需要滿足以下要求：（1）化學惰性，在封裝過程中可以和鈣鈦礦器件直接接觸，且不會對鈣鈦礦材料、傳輸層材料或者器件結(jié)構(gòu)造成破壞；（2）（）低耐熱性，封裝過程需要在低溫下（通常小于150℃）（4）成本低、易于加工、POE而非POE一是膠膜的水汽透過率較高，晶硅可以接受的水汽透過率鈣鈦礦不能接受；二是疊層電池最具有產(chǎn)業(yè)化潛力，二端四端各有千秋疊層電池通過將寬帶隙電池與窄帶隙電池串聯(lián)，能更加合理地利用全光譜范圍內(nèi)的光子，減少能量損失，是突破單結(jié)電池效率極限的重要方法。硅電池帶隙為1.1eV，非常適合作疊層電池底電池，鈣鈦礦具有諸多優(yōu)點，是制造頂電池的最佳候選材料。兩端鈣鈦礦/晶硅疊層電池有鈣鈦礦/HJT疊層和鈣鈦礦/TOPCon疊層電池兩類。目前鈣鈦礦/晶硅疊層電池實驗室效率達29.8%，是目前疊層電池的主流。疊層電池結(jié)構(gòu)分為：兩端鈣鈦礦/晶硅疊層電池；三端鈣鈦礦/晶硅疊層電池；四端鈣鈦礦/晶硅疊層電池。2015MITMailoa13.7%PCEPERC、TOPCon和HJT其中由于HJT表層結(jié)構(gòu)為TCO三端疊層電池：受限于低帶隙電池過小的四端疊層電池：其可分立的設(shè)計上下兩個組件，通過機械疊層組合在一起。該工藝對于底電池沒有要求，與各個技術(shù)路線均可結(jié)合。四端工藝相對兩端工藝更加簡單，并且避免了電流匹配對性能的限制，因此更有可能實現(xiàn)高PCEPCE46%45.7%PCE。圖25：鈣鈦礦/硅疊層電池各種結(jié)構(gòu)圖資料來源：CNKI_高性能鈣鈦礦太陽能電池及鈣鈦礦/硅四端疊層電池研究_龐商政,圖26：集成一體化鈣鈦礦晶硅疊層電池示意圖 圖27：機械堆疊鈣鈦礦晶硅疊層電池示意圖 資料來源：CNKI_鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的制備及其性能研究_李春靜，

資料來源：CNKI_鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的制備及其性能研究_李春靜，西部證券研發(fā)中心鈣鈦礦的帶隙可調(diào)節(jié)賦予其制作疊層電池的特性，疊層后效率提升較大。鈣鈦礦疊層結(jié)構(gòu)可以增加光伏電池的光譜響應范圍，提升光電轉(zhuǎn)換效率，理論效率可達43%，量產(chǎn)效率可達35%。目前產(chǎn)業(yè)化方向主要集中于硅基鈣鈦礦疊層和全鈣鈦礦疊層。1.7-1.9eV的寬帶隙頂電池、互聯(lián)層和1.1-1.3eV的窄帶隙底電池堆疊而成，理論效率可以達到39%，開發(fā)高性能隧穿結(jié)和高效率窄帶隙子電池是核心。全鈣鈦礦疊層電池無需晶硅材料，隨著量產(chǎn)技術(shù)成熟可以實現(xiàn)有效降本。但窄帶隙底電池化學穩(wěn)定性較差，在保持高短路電流密度時無法同時實現(xiàn)高開路電壓和高填充因子，限制了全鈣鈦礦疊層電池效率。圖28：全鈣鈦礦疊層的中間連接層結(jié)構(gòu) 圖29：正反向硅基異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦疊層電池結(jié)構(gòu) 資料來源：《鈣鈦礦太陽能電池的功能層優(yōu)化研究》， 資料來源：《高效晶硅異質(zhì)結(jié)電池及其與鈣鈦礦疊層電池研究》，目前看，鈣鈦礦與晶硅疊層是鈣鈦礦實現(xiàn)量產(chǎn)化路徑的最優(yōu)解，目前技術(shù)條件下二端和四端疊層各有優(yōu)劣。對于單結(jié)電池，其量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率上限有限，目前認為其效率上限約處于21%左右，再向上提升與晶硅電池一樣需要增加修飾層結(jié)構(gòu)，但增加修飾層后制備難度與良率水平等問題又會再次出現(xiàn)，因此與目前效率普遍超過25%的N型晶硅電池比較不具備性價比，但對于疊層晶硅鈣鈦礦疊層電池而言，其轉(zhuǎn)換效率將會輕松突破目前的組件效率，達到26%以上，盡管其成本有所增加，但在考慮其對于BOS成本的攤薄之后仍具有很強的性價比。雙結(jié)鈣鈦礦疊層電池按照連接方式不同分為兩端和四端疊層。四端疊層電池由機械堆疊并聯(lián)而成，兩塊子電池僅在光學上有聯(lián)系，電路相互獨立。兩端疊層由在硅電池上直接沉積鈣鈦礦電池制成，通過復合層或隧道結(jié)將兩個子電池串聯(lián)，需兼具電流匹配和光學設(shè)計。圖30：疊層鈣鈦礦電池的結(jié)構(gòu)類型資料來源：《全鈣鈦礦疊層太陽能電池的制備和優(yōu)化》，四、鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化進展已經(jīng)開始，25年有望實現(xiàn)GW級量產(chǎn)學術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界均有較大進展，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)拉開序幕學術(shù)方面，鈣鈦礦太陽能電池專利申請量高速增長，68%來自中國。截至2019年12月，中國的鈣鈦礦太陽能電池專利申請總量高達2282個，屬于第一集團，遠遠高于專利申請總量在200-300件之間的日本、韓國和美國。圖31：2009-2020年P(guān)SCs專利申請量提升迅速 圖32：鈣鈦礦太陽能電池的大部分專利申請都來自中國12001000800600

2500200015000

2009 2011 2013 2015 2017 2019

中國 韓國 歐洲 英國 加拿大 巴西資料來源：高技術(shù)通訊， 資料來源：高技術(shù)通訊，產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)拉開序幕，當前處于設(shè)備工藝驗證階段。鈣鈦礦太陽能電池的組件生產(chǎn)流程：沉積透明導電層（TO、沉積電子傳輸層（EL、沉積鈣鈦礦層、沉積空穴傳輸層（TL圖33：鈣鈦礦太陽能電池制備過程較晶硅類大幅簡化資料來源：捷佳偉創(chuàng)、邁為股份、京山輕機、帝爾激光等公司財務(wù)報告、德滬涂布公眾號，PSCs生產(chǎn)過程與晶硅唯一相同的環(huán)節(jié)是封裝。鈣鈦礦組件的生產(chǎn)過程中，除了鈣鈦礦PVDHJTPSCs圖34：鈣鈦礦太陽能電池生產(chǎn)的主要設(shè)備為鈣鈦礦印刷設(shè)備及真空鍍膜設(shè)備資料來源：利博科技libra，亞太光伏，鈣鈦礦企業(yè)處在0-1過程，目前百家爭鳴產(chǎn)業(yè)方面，鈣鈦礦設(shè)備訂單先行，廠商交付順利。PSCs主要設(shè)備廠商邁為股份、晟成光伏、捷佳偉創(chuàng)、杰普特、德滬涂膜均已收獲設(shè)備訂單，部分廠商已經(jīng)順利交付量產(chǎn)。生產(chǎn)領(lǐng)域重要玩家融資過億元，中試線逐步建設(shè)。根據(jù)CPIA，截止2023年2月底，國內(nèi)已有協(xié)鑫光電、纖納光電和極電光能等3條百兆瓦以上產(chǎn)能鈣鈦礦產(chǎn)線投產(chǎn)。其中，100MW150MW時間 企業(yè)進展表8：部分鈣鈦礦企業(yè)進展時間 企業(yè)進展2022年2月 占地約250畝，裝機量12兆，纖納能源劃總資6000元左右全球個鈣礦光地電站開建設(shè)。2022年4月 極電光與大市人政府智科技在北大舉行大冶能項目簽暨長新能揭牌式。大冶能源目裝規(guī)模達2.8GW，總資金約120元。極光能為該目提更色、更效、低成的鈣礦伏組件品。2022年5月 仁爍光預計半年動150MW鈣鈦礦伏組量產(chǎn)建設(shè)目尺寸1.2*0.6m，效率達20%以。2022年7月 全球鈣礦光產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍業(yè)納光電浙江州正宣布球批鈣鈦商用件α發(fā)貨數(shù)共5000片，用省內(nèi)商業(yè)分布鈣鈦電站。2022年8月 長城集與江錫山濟技開區(qū)簽約略合，宣極電能球總部鈣鈦創(chuàng)業(yè)業(yè)基項計劃建全球條級鈣鈦礦伏組及BIPV產(chǎn)品生線，預年產(chǎn)達25億元。2023年2月 仁爍光全球條全鈦礦層伏組件發(fā)線式投，組尺為30*40cm2，10MW研發(fā)試已全線通。司150MW鈣鈦礦太陽能電池量產(chǎn)線正在建設(shè)，預計2023年第四季度投產(chǎn)，若調(diào)試結(jié)果符合預期，仁爍光能將進行GW級的產(chǎn)能規(guī)劃。2023年2月 無限光自主發(fā)的100.53mm2鈣鈦礦陽能池最光電換率達到24.67%。2023年7月 大正微全球個百瓦柔鈣礦組件產(chǎn)基正式地廈海。資料來源：各公司官網(wǎng)，單結(jié)鈣鈦礦電池參與者眾多，2021年以來產(chǎn)業(yè)化進展加速。2021已有小規(guī)模中試線建成，協(xié)鑫納米最先于2017年建成10MW中試線，批量生產(chǎn)45cm*65cm201820212021年，協(xié)鑫光電建成100MW①萬度光能投建200MW級可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池大試線；②華能清能院大面積模組中試實驗線投產(chǎn)，3月首片下線；③大正微納建成10MW柔性鈣鈦礦中試線；④年中協(xié)鑫光電建成首條100MW級1m*2m量產(chǎn)線；⑤10pre-A150MW202292025表9：鈣鈦礦電池組件100MW生產(chǎn)線設(shè)備設(shè)備 應用環(huán)節(jié) 生產(chǎn)廠商設(shè)備 應用環(huán)節(jié) 生產(chǎn)廠商PVD（物理相沉）設(shè)備 陽極緩層，極緩層，極

捷佳偉創(chuàng)、邁為股份、京山輕機、鈞石能源、理想萬里暉等涂布設(shè)備 鈣鈦礦布 上海德、捷偉創(chuàng)眾能電等激光設(shè)備 激光P1激光P2激光P3激P4

帝爾激光、大族激光、德龍激光、海目星、杰普特、邁為股份等封裝設(shè)備 組件封裝 奧特維金辰份、斯邁百年代等資料來源：協(xié)鑫光電調(diào)研，各公司官網(wǎng)，2022年，纖納光電建成100MW100MW6月無限光能宣布完成數(shù)千萬元天使輪融資，預計三季度完成試驗線建設(shè)；③金昌鑫磊鑫半1GW時間 公司名稱 相關(guān)進展表10：單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化進展時間 公司名稱 相關(guān)進展2023年1月28日 協(xié)鑫光電 新型鈣礦件BIPV光伏玻過3C認證2023年1月6日 纖納光電 α組件過全首個IEC61215和IEC61730穩(wěn)定性全系認證2022年12月8日 極電光能 全球已產(chǎn)且能最的150MW鈣鈦礦伏生線正投產(chǎn)運行，同時具備BIPV產(chǎn)品和標準組件的生產(chǎn)能力2022年10月日 極電光能 756cm2大尺寸鈣礦光組件效率到18.2%2022年6月7日 協(xié)鑫光電 1m×2m鈣鈦組件利通冰測試，面積件在劣氣象下的耐受能力得到有效驗證2021年10月27日 協(xié)鑫光電 建成全首條100MW大面鈣礦光伏件中線2021年8月6日 大正微納 首套柔鈣鈦膜切備投使，即將入柔鈣鈦薄膜太陽能電池小規(guī)模量產(chǎn)資料來源：艾邦智造、艾邦光伏網(wǎng)、國際太陽能光伏網(wǎng)等、目前，鈣鈦礦/晶硅疊層電池處于研發(fā)中試階段，參與公司較少。杭蕭鋼構(gòu)正在籌劃100MW20229~102023年2月前完成產(chǎn)線的全部鋪設(shè)，預計于2023年5月前實現(xiàn)量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率達到28%，在2023年的上半年逐漸實現(xiàn)達產(chǎn)，產(chǎn)線兼容166和182尺寸硅片，度電成本3毛，成本下降空間大。鈣鈦礦制備設(shè)備有望受益鈣鈦礦/HJT疊層電池所需設(shè)備主要有RPD，PVD，ALD等。表11：鈣鈦礦/HJT疊層電池所需設(shè)備工藝 材料 設(shè)備工藝 材料 設(shè)備TCO

ICO,IWO,ITO RPDITO,IZO PVD緩沖層15~20nm RPD/ALD電子傳層 LiForMgF/C60,PCBM EvaporationSlot-Die鈣鈦礦~500nm

????????

EvaporationSlot-Diecoating電洞傳輸層15~20nm穿隧層15~20nm資料來源：捷佳偉創(chuàng)，

NiO,CuO PVDSpiro-TTB CoatingICO,ITO RPD/PVDpnc-SiOx/nnc-SiOx CVD產(chǎn)線設(shè)備類型主要為鍍膜設(shè)備、涂布設(shè)備、激光設(shè)備、封裝設(shè)備，其中鍍膜設(shè)備價值量過半，激光設(shè)備確定性需求強，封裝設(shè)備與晶硅電池相比差別不大。（一）鍍膜設(shè)備主要涉及PVD及RPD設(shè)備，其中RPD設(shè)備比傳統(tǒng)的PVD設(shè)備優(yōu)勢在于可以減少對鈣鈦礦電池的轟擊損害，有利于提高轉(zhuǎn)換效率和良率。相應的設(shè)備企業(yè)有捷佳偉創(chuàng)、邁為股份、20227RPDRPD20215月京（二）100MW/三激光設(shè)備的公司包括大族激光、邁為股份、德龍激光、杰普特、帝爾激光、眾能光電等。圖35：鈣鈦礦電池生產(chǎn)用PVD設(shè)備 圖36：鈣鈦礦電池生產(chǎn)用涂布設(shè)備 資料來源：協(xié)鑫光電調(diào)研， 資料來源：協(xié)鑫光電調(diào)研，五、相關(guān)標的及投資建議協(xié)鑫科技20191m2m100公司的技術(shù)團隊，以瑞士EPFL博士范斌為帶頭人，是國內(nèi)最早從事鈣鈦礦組件生產(chǎn)線開發(fā)的團隊之一。目前團隊擁有一百五十余名員工，其中研發(fā)人員八十余名，一半以上擁有博士碩士學歷，部分為海外歸國人才，具有較強的研發(fā)能力。研發(fā)團隊擁有鈣鈦礦太陽能電池的核心技術(shù)，目前有61項專利獲得授權(quán)，其中發(fā)明專利17項，實用新型專444512設(shè)計、關(guān)鍵工藝等重要方面。同時團隊在ChemSusChem、ACSAppl..&Interfaces、J.ChemA等SCI公司作為目前最大尺寸鈣鈦礦電池記錄的保持者，投建的全球首條100MW202121×2m16%20171045cm65c