鈣鈦礦光伏電池：革新性潛力大產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行時(shí)

2滬深300表現(xiàn)表現(xiàn)1M3M12M電力設(shè)備-7.6%-6.9%-25.3%滬深300-5.2%-0.4%-6.2%最近一年走勢(shì)相關(guān)報(bào)告《——行業(yè)研究：HJT深度1：降銀推動(dòng)量產(chǎn)箭在弦上，銅電鍍接力增效蓄勢(shì)待發(fā)鏈（推薦）*電氣設(shè)備*李航》——2022-08-230.0601-0.0070-0.0740-0.1411-0.2081-0.2752電力設(shè)備滬深3003重點(diǎn)關(guān)注公司及盈利預(yù)測(cè)股價(jià)20222023E2024E20222023E2024E601012.SH隆基綠能26.581.952.483.0722.210.78.7未評(píng)級(jí)688223.SH晶科能源10.770.290.740.9494.414.511.5未評(píng)級(jí)002459.SZ晶澳科技27.752.352.863.6445.19.77.6買入688599.SH天合光能33.611.693.464.6040.59.77.3未評(píng)級(jí)600438.SH通威股份32.165.714.203.5817.67.79.0買入688472.SH阿特斯15.190.701.201.601601.412.79.5未評(píng)級(jí)300118.SZ東方日升20.011.061.702.3023.4211.198.29買入000821.SZ京山輕機(jī)17.690.490.710.9333.4723.2817.74買入688378.SH奧來德41.521.101.331.9045.431.8622.30買入688170.SH德龍激光37.500.650.881.3644.242.827.6未評(píng)級(jí)300724.SZ捷佳偉創(chuàng)87.603.014.987.0437.8817.8012.58買入301325.SZ曼恩斯特96.812.263.034.86122.131.919.9未評(píng)級(jí)600586.SH金晶科技7.330.250.450.618.016.211.9未評(píng)級(jí)重點(diǎn)公司代碼股票名稱2023/09/01EPSPE投資評(píng)級(jí)資料來源：Wind資訊，國(guó)海證券研究所補(bǔ)充注釋:未評(píng)級(jí)的標(biāo)的盈利預(yù)測(cè)來自萬得一致預(yù)期41、鈣鈦礦電池是發(fā)展迅速的第三代太陽能電池，革新材料體系帶來優(yōu)異性能特點(diǎn)。鈣鈦礦是一類離子化合物晶體，作為太能電池的半導(dǎo)體吸光材料具有帶隙范圍寬且連續(xù)可調(diào)、吸光能力強(qiáng)等優(yōu)異特性，因此在電池理論轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電能力方面皆高于主流晶硅材料電池，鈣鈦礦電池的材料體系十分豐富，也可以用作疊層電池以更大程度的利用太陽光譜能量，達(dá)到40%以上的轉(zhuǎn)換效率。2、鈣鈦礦電池在效率、材料、制造端的先天優(yōu)勢(shì)帶來很高的產(chǎn)業(yè)化潛力，

但穩(wěn)定性和大面積制作方面的核心挑戰(zhàn)待解決。鈣鈦礦電池具有很高的產(chǎn)業(yè)化潛力，一方面高電池轉(zhuǎn)換效率和高發(fā)電量增益是推動(dòng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的度電成本LCOE降低的核心因素，另一方面鈣鈦礦電池在生產(chǎn)端原材料十分易得，獲取成本低廉，同時(shí)其制造環(huán)節(jié)少、工藝簡(jiǎn)短、能耗低，因此未來在綜合成本經(jīng)濟(jì)性上有望超越晶硅電池。當(dāng)前鈣鈦礦電池的使用壽命還受限于穩(wěn)定性，大面積制造后也存在遠(yuǎn)低于理想效率的問題，不過目前有諸多手段正處于研究進(jìn)程中，有望解決這兩大問題。此外，BIPV等新興運(yùn)用場(chǎng)景也有利于發(fā)揮鈣鈦礦電池外觀豐富的優(yōu)勢(shì)并規(guī)避穩(wěn)定性等問題，有望成為其產(chǎn)業(yè)化的橋梁。3、鈣鈦礦電池的規(guī)模化量產(chǎn)制造已形成一定方案，但核心環(huán)節(jié)仍有多種技術(shù)路線競(jìng)爭(zhēng)中持續(xù)發(fā)展。單結(jié)鈣鈦礦電池與組件的制造呈現(xiàn)“一體化”特點(diǎn)，在核心的前道電池制造工序中，膜層制作質(zhì)量是電池性能的關(guān)鍵，大致可分為以夾縫涂布為代表的“濕法”和以蒸鍍、PVD、RPD為代表的“干法”，適用于不同的功能層制作和所用材料，總體各有優(yōu)劣且不斷發(fā)展成熟，激光刻線則是比較固定的工藝。此外，“兩端”疊層電池兩個(gè)子電池上下為一體，“四端”疊層電池兩個(gè)子電池分別制作獨(dú)立運(yùn)行，兩者的制作方法和難點(diǎn)也有所不同。核心提要5核心提要4、當(dāng)前鈣鈦礦電池行業(yè)已經(jīng)涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的新興企業(yè)，傳統(tǒng)晶硅電池企業(yè)也在著力進(jìn)行技術(shù)布局。國(guó)內(nèi)協(xié)鑫光電、纖納光電、極電光能等新興鈣鈦礦電池企業(yè)近年來發(fā)展迅速，憑借良好的研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)力在電池轉(zhuǎn)化效率方面屢創(chuàng)世界紀(jì)錄，多種類型的產(chǎn)品已經(jīng)在量產(chǎn)過程中，也已經(jīng)有商業(yè)化的應(yīng)用出現(xiàn)。在資本加持下，業(yè)內(nèi)已有數(shù)條百兆瓦級(jí)鈣鈦礦電池產(chǎn)線建立，隨技術(shù)持續(xù)進(jìn)步和驗(yàn)證，GW級(jí)產(chǎn)線也有望在接下來幾年時(shí)間里放量。隆基、晶科、通威等傳統(tǒng)晶硅電池企業(yè)也在積極布局鈣鈦礦技術(shù)，以疊層電池為主要方向，為下一次產(chǎn)品的重大迭代升級(jí)做準(zhǔn)備。5、設(shè)備、材料端已有諸多國(guó)內(nèi)企業(yè)布局，把握“從0到1”過程中的先發(fā)紅利。對(duì)于鍍膜、涂布、激光等核心環(huán)節(jié)，已有不少國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)能提供性能優(yōu)良的主要設(shè)備，在一些領(lǐng)域打破國(guó)外企業(yè)壟斷，同時(shí)在鍍膜玻璃、靶材等核心材料也有國(guó)內(nèi)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了良好布局，在鈣鈦礦技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化過程中有望憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì)率先受益。6、風(fēng)險(xiǎn)提示：技術(shù)進(jìn)展不及預(yù)期、光伏行業(yè)需求波動(dòng)、海外政策影響、其他能源競(jìng)爭(zhēng)力加強(qiáng)、宏觀經(jīng)濟(jì)下行影響行業(yè)整體發(fā)展、數(shù)據(jù)測(cè)算和預(yù)測(cè)假設(shè)存在主觀性。66一、鈣鈦礦電池：革新材料結(jié)構(gòu)，優(yōu)異性能特點(diǎn)鈣鈦礦電池：發(fā)展迅速的第三代太陽能電池鈣鈦礦晶體：離子化合物半導(dǎo)體，優(yōu)異吸光性能發(fā)電原理：光生載流子實(shí)現(xiàn)分離，可調(diào)帶隙打破晶硅效率上限電池結(jié)構(gòu)：五層基本構(gòu)造，可疊層制作多節(jié)電池71.1

鈣鈦礦電池：發(fā)展迅速的第三代太陽能電池鈣鈦礦為第三代太陽能電池代表：過去在60多年的時(shí)間里，已經(jīng)有三代太陽能電池發(fā)展出來。第一代是以硅材料為基本材料的太陽能電池，是目前最成熟的主流商業(yè)電池；第二代是薄膜太陽能電池，以銅銦鎵硒(CIGS)、碲化鎘(CdTe)電池為代表，相比第一代具有厚度薄、光電轉(zhuǎn)化效率高等的優(yōu)勢(shì)，但部分因素也限制了這類電池的發(fā)展，如部分材料儲(chǔ)量稀少或有毒性，制備過程復(fù)雜等；第三代為新型太陽能電池，主要包括鈣鈦礦太陽能電池、染料敏化太陽能電池、有機(jī)太陽能電池和量子點(diǎn)太陽能電池。諸多優(yōu)異特性，從誕生起備受關(guān)注，成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界熱點(diǎn)：鈣鈦礦電池在2009年才首次誕生，但因其在理論轉(zhuǎn)換效率、發(fā)電能力、低生產(chǎn)成本、多應(yīng)用場(chǎng)景等方面的優(yōu)秀潛力，在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界受到了大量的關(guān)注和重視。從2021年到2022年，鈣鈦礦領(lǐng)域投資額已經(jīng)接近100億元。在之前的幾年中，據(jù)Web

of

Science統(tǒng)計(jì)，其上的鈣鈦礦文章的數(shù)量增加到了驚人的10000篇/每年。圖表：太陽能電池發(fā)展歷程資料來源：東方富海，國(guó)海證券研究所81.2 鈣鈦礦晶體：離子化合物半導(dǎo)體，優(yōu)異吸光性能資料來源：《低成本制備高效率太陽能電池的研究》呂鳳，Researchgate鈣鈦礦材料是一大類具有ABX3結(jié)構(gòu)離子化合物的統(tǒng)稱。鈣鈦礦最初指代CaTiO3礦物，以俄羅斯礦物學(xué)家

Perovski

的名字命名，現(xiàn)在已經(jīng)成為一大類具有ABX3類似結(jié)構(gòu)化合物的統(tǒng)稱。從晶體結(jié)構(gòu)來看，A位陽離子占據(jù)正方體的八個(gè)頂點(diǎn)，陰離子

X

填充在晶格

6

個(gè)面的中心位置，而B位陽離子則位于正方體晶格的體心位置，其中

BX3又構(gòu)成了一個(gè)正八面體。光伏領(lǐng)域鈣鈦礦材料一般為有機(jī)無機(jī)鹵化物鈣鈦礦材料。1）A位為正一價(jià)的有機(jī)或無機(jī)陽離子，主要為甲胺離子（CH3NH2+，簡(jiǎn)記MA+）、甲脒離子（CH(NH2)2+，簡(jiǎn)記FA+）和金屬銫離子（Cs+）

，2）B位為正二價(jià)的金屬離子，包括亞鉛離子（Pb2+）、亞錫離子（Sn2+）

和亞鍺離子（Ge2+）等，3）X位為負(fù)一價(jià)的鹵素陰離子，主要為碘離子（I-），溴離子（Br-），氯離子（Cl-）。鈣鈦礦材料用于制作太陽能電池具備優(yōu)異的光電性能。鈣鈦礦材料作為一種半導(dǎo)體材料，不僅可以通過光生伏特效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能，還具有獨(dú)特性能：1）載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)，激子結(jié)合能低，更容易解離為自由載流子，有利于形成有效光電流，2）光吸收系數(shù)高，鈣鈦礦為直接帶隙半導(dǎo)體光吸收系數(shù)比硅高出很多，有效減小了吸光層所需的厚度和收集光生載流子的難度，3）非輻射復(fù)合低，鈣鈦礦晶粒的大小和晶界在一定范圍內(nèi)對(duì)缺陷密度的影響不是很大，有利于高開壓和高效率。圖表：鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖 圖表：鈣鈦礦材料高吸光系數(shù)91.3 發(fā)電原理：光生載流子實(shí)現(xiàn)分離，可調(diào)帶隙打破晶硅效率上限鈣鈦礦電池通過光生載流子的分離實(shí)現(xiàn)對(duì)外發(fā)電。對(duì)于半導(dǎo)體材料，原子周圍的價(jià)電子吸收光子能量后可以發(fā)生躍遷，同時(shí)產(chǎn)生空穴，形成光生載流子對(duì)（電子-空穴對(duì)），當(dāng)兩種自由移動(dòng)的載流子分別被連接至外部電路的正負(fù)電極收集，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)外發(fā)電。鈣鈦礦電池發(fā)電原理可分為三步：1）光吸收與激子產(chǎn)生：太陽光照射進(jìn)鈣鈦礦吸光材料，能量大于鈣鈦礦帶隙的光子能將鈣鈦礦價(jià)帶的電子激發(fā)，使其進(jìn)入導(dǎo)帶，并在價(jià)帶產(chǎn)生一個(gè)空穴，這對(duì)電子和空穴以庫侖相互作用束縛在一起，共同運(yùn)動(dòng)，稱為激子。2）載流子分離與輸運(yùn)：激子在熱能的作用下解離成為自由的電子和空穴，鈣鈦礦材料中離子遷移能屏蔽器件內(nèi)部電場(chǎng)，因而在鈣鈦礦層的大部分區(qū)域中，解離的電子和空穴以無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的形式進(jìn)行擴(kuò)散并輸運(yùn)至與空穴傳輸層（HTL）和電子傳輸層（ETL）界面處。2）載流子抽取和收集：ETL的導(dǎo)帶低于鈣鈦礦層的導(dǎo)帶，價(jià)帶也低于鈣鈦礦層的價(jià)帶，能選擇性抽取電子而阻擋空穴，HTL則相反，從而實(shí)現(xiàn)電子和空穴的選擇性抽取。電子和空穴進(jìn)入各自的傳輸層中后，經(jīng)過輸運(yùn)被兩側(cè)電極收集，與外電路連通即有電流產(chǎn)生。圖表：鈣鈦礦太陽能電池發(fā)電原理資料來源：大正微納官網(wǎng)，《鈣鈦礦太陽能電池中的緩沖層研究進(jìn)展》陳永亮,

唐亞文,

陳沛潤(rùn),張力,

劉琪,

趙穎,

黃茜,張曉丹101.3 工作原理：光生載流子實(shí)現(xiàn)分離，可調(diào)帶隙打破晶硅效率上限鈣鈦礦材料帶隙根據(jù)組分的不同可在較大的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。與硅、砷化鎵等擁有固定帶隙的半導(dǎo)體材料不同，鈣鈦礦晶體成分本身具有多樣性，因此其禁帶寬度也并不固定，而是隨ABX3結(jié)構(gòu)中各元素類型和含量不同而變化，理論范圍達(dá)1.15-3.06eV，并能實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)。具體來看，通常A位陽離子半徑越小，鈣鈦礦材料帶隙越大，B位隨用Sn代替Pb的含量增加，帶隙將會(huì)減小，X位Br離子的摻雜則會(huì)使得帶隙增大。在鈣鈦礦材料的帶隙覆蓋范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)單結(jié)太陽能電池最大理論效率。帶隙是決定半導(dǎo)體利用太陽光能力的根本因素之一，因?yàn)椴煌l率太陽光的能量不同，窄帶隙半導(dǎo)體的電子不能被長(zhǎng)波光所激發(fā)，寬帶隙半導(dǎo)體雖然可利用的光波范圍廣，但光子能量的利用率低，根據(jù)肖克利-奎瑟極限（Shockley–Queisser

limit），單結(jié)太陽能電池的理想帶隙應(yīng)該為1.4eV，該帶隙下降太陽光能量轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換效率為33.7%。相比之下，硅的帶隙僅為1.12eV，理論轉(zhuǎn)換效率為29.4%，因此鈣鈦礦電池在轉(zhuǎn)換效率方面超過晶硅電池。

圖表：不同半導(dǎo)體材料電池的理論轉(zhuǎn)換效率

圖表：太陽光譜與光伏電池吸收范圍 資料來源：Viridian

solar、Ofweek111.4 電池結(jié)構(gòu)：五層基本構(gòu)造，可制作疊層多節(jié)電池鈣鈦礦太陽能電池的基本構(gòu)造為五層“三明治”結(jié)構(gòu)，其中以鈣鈦礦層為中心，上下兩側(cè)為兩個(gè)傳輸層，最外側(cè)為兩個(gè)電極層：1）鈣鈦礦層，吸收光照能量，在內(nèi)部產(chǎn)生激子（載流子對(duì)）;2）電子傳輸層，將電子高效地向電極傳輸，并阻擋空穴向外側(cè)電極移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)載流子的分離，防止鈣鈦礦層與電極直接接觸內(nèi)部短路;3）空穴傳輸層，將空穴高效地向電極傳輸，同時(shí)阻擋電子向外側(cè)電極移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)載流子的分離;4）電極層，在兩側(cè)分別提取電子和空穴，與外部電路相連，面向光照方向一側(cè)為底電極，另一側(cè)為頂電極或背電極。近年來，無空穴/電子傳輸層的鈣鈦礦電池也在逐步被深入研究。電池結(jié)構(gòu)可分為平面正式、平面反式和介孔結(jié)構(gòu)三類。按照鈣鈦礦薄膜是否在TiO2介孔支架層上生長(zhǎng)，可分為介孔結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)，前者是鈣鈦礦電池發(fā)展初期最常見結(jié)構(gòu)，按照接受光照方向各層順序依次為

“底電極/電子傳輸層/鈣鈦礦層/空穴傳輸層/頂電極”。后期研究者意識(shí)到半導(dǎo)體支架并非必要，于是產(chǎn)生了平面結(jié)構(gòu)，其中正式平面結(jié)構(gòu)各功能層順序與介孔結(jié)構(gòu)一致，可表示為“n-i-p”，優(yōu)勢(shì)是可以達(dá)到很高的實(shí)驗(yàn)室效率，反式結(jié)構(gòu)中兩個(gè)傳輸層順序?qū)Q，表示為“p-i-n”，其特點(diǎn)是可以在低溫條件下完成整個(gè)制備流程，且材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強(qiáng)，是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化研究的重點(diǎn)。

圖表：鈣鈦礦電池基本結(jié)構(gòu) 資料來源：艾邦光伏網(wǎng)，MDPI，中科院之聲，國(guó)海證券研究所121.4 電池結(jié)構(gòu)：五層基本構(gòu)造，可制作疊層多節(jié)電池功能層材料類型代表材料特點(diǎn)鈣鈦礦吸光層有機(jī)無機(jī)雜化CH3NH3PbI3、HC(NH2)

PbI3、CH3NH3SnI3、FA0.7MA0.3PbI2.55Cl0.45、FA0.6Cs0.4Pb(I0.7Br0.3)3運(yùn)用廣泛，MA甲醚體系穩(wěn)定性相對(duì)強(qiáng)全無機(jī)CsPbBr3、CsPbIxBr3-x、KPbI3、熱穩(wěn)定性優(yōu)異、但光電轉(zhuǎn)換能量損失較大空穴傳輸層有機(jī)小分子spiro-OMeTAD能級(jí)可調(diào)完全匹配、空穴遷移率較低、價(jià)格昂貴聚合物PEDOT:PSS

、PATT、TPD

、NPB成膜性好、柔性好，但高溫不穩(wěn)定、制備繁瑣成本高無機(jī)材料NiO、CuSCN，Cu2O、CuO、CuI、高遷空穴移率、高穩(wěn)定性、低成本、易于合成、但容易引起高的缺陷態(tài)密度電子傳輸層有機(jī)材料石墨烯C60、富勒烯及衍生物PCBM、BCP適能級(jí)良好匹配、溶液處理容易、但成膜粗糙多針孔、環(huán)境穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性較差金屬氧化物TiO2、SnO2、ZnO、CdSe、Zn2SnO4不同材料差異較大，包括電子遷移率、工藝復(fù)雜度、環(huán)境穩(wěn)定性等、部分材料元素存在毒性電極層金屬Au、Ag、Cu導(dǎo)電性強(qiáng)、貴金屬成本高、銀與碘可能反應(yīng)TCOITO、FTO可透光、成本相對(duì)低、導(dǎo)電性稍低碳材料石墨、炭黑、碳納米管及復(fù)合材料價(jià)格低、來源廣泛、較好能級(jí)匹配資料來源：光伏技術(shù)，《基于鈣鈦礦太陽能電池的界面修飾及穩(wěn)定性研究》陳清華，《鈣鈦礦電池性能優(yōu)化及穩(wěn)定性研究》王碩

等，國(guó)海證券研究所鈣鈦礦電池各功能層都有相對(duì)廣泛的可選材料，一般會(huì)綜合考慮不同要求要求進(jìn)行搭配。鈣鈦礦電池可選用的材料體系豐富，各功能層都有不同的材料類型，但為了達(dá)到較理想的電池效率，各層之間需要有較好的能級(jí)匹配，然后還需要考慮材料的穩(wěn)定性、成本等因素：1）鈣鈦礦層方面，為了形成基本的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，A、B、X位離子的有效離子半徑配比需要滿足特定的容忍因子條件，根據(jù)A位是否有機(jī)離子可分為有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦和全無機(jī)鈣鈦礦，前者綜合性能良好運(yùn)用廣泛、后者熱穩(wěn)定性好但效率較低，2）空穴傳輸層方面，有機(jī)小分子spiro-OMeTAD由于與鈣鈦礦層良好的能級(jí)匹配性而運(yùn)用廣泛，

PEDOT:PSS等聚合物材料具備良好的成模性與柔性，但高溫下不穩(wěn)定且部分材料制備繁瑣成本高，3）電子傳輸層方面，石墨烯、

PCBM等有機(jī)材料具有良好的能級(jí)匹配，但穩(wěn)定性較差，TiO2、SnO2等金屬氧化物實(shí)際使用最為廣泛，4）電極層方面，底電極需要具備透光性，一般采用ITO、FTO等TCO玻璃，頂電極實(shí)驗(yàn)室常采用導(dǎo)電性良好的金屬Au

，但價(jià)格昂貴，使用TCO則有利于制作雙面發(fā)電結(jié)構(gòu)，碳材料因低廉價(jià)格和良好的性能，也成為一種良好選擇。圖表：鈣鈦礦電池基本結(jié)構(gòu)131.4

電池結(jié)構(gòu)：通常五層基本構(gòu)造，可制作疊層電池不同帶隙半導(dǎo)體材料構(gòu)成疊層電池，可以獲得超過40%的轉(zhuǎn)換效率。單一半導(dǎo)體材料對(duì)太陽光能量的利用能力有限，而不同帶隙的材料對(duì)太陽光中不同波長(zhǎng)部分的利用能力不同，因此如果將兩種以上的材料上下疊層放置，把帶隙較寬的材料置于上方以主要吸收利用短波長(zhǎng)的光，帶隙較寬材料置于下方以主要利用長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，則能提升太陽光全光譜的吸收率，更大程度的利用太陽光能量，獲得更高的轉(zhuǎn)換效率，根據(jù)理論計(jì)算，兩種材料疊層電池的效率可以達(dá)到40%以上。鈣鈦礦較寬且可調(diào)節(jié)的帶隙是制造電池的良好材料。鈣鈦礦材料帶隙可以達(dá)到1.5eV以上，是作為疊層頂電池的良好選擇，可以與晶硅等窄帶隙材料進(jìn)行搭配，另一方面，兩種不同帶隙的鈣鈦礦材料也能相互結(jié)合，制作全鈣鈦礦疊層電池。資料來源：PVEducation，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院

圖表：疊層太陽能電池光利用原理

圖表：晶硅鈣鈦礦疊層電池量子效率

圖表：兩種材料疊層電池理論效率可超40%14二、產(chǎn)業(yè)化潛力：突出先天優(yōu)勢(shì)，核心挑戰(zhàn)待解決研究端轉(zhuǎn)換效率突破迅速，更強(qiáng)發(fā)電能力潛力突出生產(chǎn)端材料易得、制造鏈簡(jiǎn)短，帶來產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)規(guī)模量產(chǎn)核心挑戰(zhàn)——穩(wěn)定性與大尺寸制作技術(shù)升級(jí)多方面探索，可靠性認(rèn)證時(shí)間檢驗(yàn)豐富外觀帶來價(jià)值，新應(yīng)用場(chǎng)景提供產(chǎn)業(yè)化橋梁國(guó)內(nèi)外政策支持，助力鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化152.1 科研端轉(zhuǎn)換效率突破迅速，更強(qiáng)發(fā)電能力潛力突出時(shí)間電池轉(zhuǎn)換效率/%研發(fā)團(tuán)隊(duì)鈣鈦礦電池效率提升優(yōu)化步驟20093.8%Tsutomu

Miyasaka將有機(jī)-無機(jī)雜化的鈣鈦礦材料CH3NH3Pbl3作為吸光層20116.5%Jeong-Hyeok

Im使用量子點(diǎn)鈣鈦礦太陽電池，優(yōu)化TiO2ETL201210.9%MichaelM.

Lee將TiO2替換為AI2O3201315.4%Mingzhen

Liu蒸鍍工藝制備鈣鈦礦薄膜201417%Norman

Pellet多步進(jìn)行生長(zhǎng)：先生長(zhǎng)Pbl2；再生長(zhǎng)CH3NH3l201419.3%Yang

Yang通過PELE對(duì)ITO透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行界面修飾201520.1%SangII

Seok采用陽離子交換201722.1%SangII

Seok使用兩步法旋涂成膜，結(jié)合I3-離子修復(fù)鈣鈦礦缺陷201823.3%Jingbi

You用PEA+陽離子鈍化缺陷202125.7%JinYoung

Kim調(diào)控FAPbl3，進(jìn)行仿鹵化陰離子甲酸根摻雜202125.8%UNIST電子傳輸層和鈣鈦礦層之間插入中間層，減少界面缺陷。202326.0%CAS半導(dǎo)體——202326.1%Jixian

Xu——高理論潛力下，

鈣鈦礦太陽能電池效率進(jìn)步迅速，研發(fā)進(jìn)展遠(yuǎn)超晶硅電池。自日本學(xué)者Tsutomu

Miyasaka在2009年第一次將鈣鈦礦電池制作而成，在過去十多年里鈣鈦礦電池的效率在科研端進(jìn)步十分迅速，完成了晶硅電池五十年的突破歷程。最初鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率僅3.8%

，后續(xù)隨材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面的持續(xù)優(yōu)化，在3年左右的時(shí)間里便將效率記錄提升到了10%以上，6年左右便達(dá)到了20%以上。在2023年7月，中國(guó)學(xué)者再次完成重大突破，將單結(jié)鈣鈦礦電池的認(rèn)證效率記錄提升到了26.1%，逼近隆基綠能公司不久前所創(chuàng)造的晶硅電池效率記錄26.81%的效率記錄。圖表：?jiǎn)谓Y(jié)鈣鈦礦電池效率提升歷程資料來源：ACS

Publications、PubMed、Science、nature、FPO、Perovskite-info、pv

magazine

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Photovoltaics

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andTechnology索比光伏網(wǎng)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等、國(guó)海證券研究所162.1 科研端轉(zhuǎn)換效率突破迅速，更強(qiáng)發(fā)電能力潛力突出提高轉(zhuǎn)化效率是降低光伏發(fā)電產(chǎn)品生產(chǎn)成本和電站發(fā)電成本的關(guān)鍵途徑。1）光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率是光伏組件功率的核心決定因素，同樣制造成本情況下，提升轉(zhuǎn)換效率可以顯著攤薄組件的材料和制作成本，2）從實(shí)際發(fā)電成本角度來看，電池轉(zhuǎn)換效率也是組件總發(fā)電量的重要決定因素，更高轉(zhuǎn)換效率可以帶來度電成本LCOE的顯著攤薄。高弱光響應(yīng)、低衰減、溫度系數(shù)接近零，同等轉(zhuǎn)換效率下鈣鈦礦發(fā)電量可高出10%：鈣鈦礦具備對(duì)雜質(zhì)極高的容忍度和極強(qiáng)的吸光能力，在弱光下也能保持更好的發(fā)電功率，

同時(shí)可以避免晶硅電池中常見的LIP、PID和LeTID等衰減，此外接近于零的溫度系數(shù)使得鈣鈦礦電池在較高溫度下幾乎沒有效率損失，因此在實(shí)際運(yùn)行中同等轉(zhuǎn)換效率下的鈣鈦礦電池可以有明顯的發(fā)電量增益，或者說達(dá)到更高效率晶硅電池的實(shí)際發(fā)電效果，增幅可達(dá)10%

。圖表：NREL歷年最高效率收錄情況 圖表：電池轉(zhuǎn)化效率和實(shí)際發(fā)電能力對(duì)光伏成本的影響資料來源：NREL、CPIA光伏業(yè)協(xié)會(huì)《中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖》、Green

Sarawak、中環(huán)半導(dǎo)體、晶澳太陽能、國(guó)海證券研究所172.2 生產(chǎn)端材料易得、制造鏈簡(jiǎn)短，帶來產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)從材料端看，鈣鈦礦吸光材料的原料廣泛常見、易于獲取，本身純度要求低、用量小、成本低廉，其他功能層也有相對(duì)經(jīng)濟(jì)的選擇：1）鈣鈦礦晶體通常使用的甲胺、甲醚等有機(jī)鹽、金屬鉛鹽和非金屬鹵素離子等都材料十分常見而廣泛存在，容易低成本的獲取。2）鈣鈦礦吸光材料對(duì)缺陷相對(duì)不敏感，通常達(dá)到90%即可制造效率超過20%的電池，相比之下晶硅的電池需要很高純度的硅單質(zhì)作為吸光材料，純度要求至少達(dá)到達(dá)

99.9999%，從硅料開始就需要投入大量成本用于進(jìn)行提純工藝。3）鈣鈦礦的高吸光性能使得制作電池時(shí)所需用量很小，膜層厚度不到500納米，相比之下晶硅電池所用硅片目前厚度都在100微米以上，因此72片晶硅組件的電池所需要消耗的高純硅原料為1kg，而相同面積的鈣鈦礦組件所需鈣鈦礦材料僅2g左右。4）傳輸層方面可以使用性能良好又常見的金屬氧化物，如氧化錫SnO2、電極層方面可以選擇已經(jīng)成熟運(yùn)用的FTO玻璃等。從生產(chǎn)端來看，鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)環(huán)節(jié)少，制造周期短，能耗與碳排低，具備天然的低成本潛力：1）鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)具有一體化特征，且不需要專門的提純工藝，因此可以在集中在一個(gè)工廠里的流水線上完成生產(chǎn)，從玻璃、靶材、化工原料進(jìn)入到組件成型僅需要45分鐘。相比之下，傳統(tǒng)的晶硅組件分為硅料、硅片、電池片、組件四個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，需要四個(gè)專門的工廠進(jìn)行生產(chǎn)，即使所有環(huán)節(jié)無縫對(duì)接，也要耗時(shí)三天以上才能完成生產(chǎn)。2）在鈣鈦礦組件的制作過程中，工藝溫度不超過150℃，加之工藝流程短，整體能耗很低，每瓦組件耗能僅約0.23kWh，碳排量也相對(duì)小，相比之下晶硅電池生產(chǎn)存在諸多大量耗能的工藝，每瓦組件耗能超過1kWh

。3）此外，從工廠投資金額來看，鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)在達(dá)到一定成熟度后，1GW產(chǎn)能的投資僅5億元左右，而晶硅組件四個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)能加起來投資接近10億元。資料來源：趕碳號(hào)科技、全球光伏、索比光伏、國(guó)海證券研究所182.2 生產(chǎn)端材料易得、制造鏈簡(jiǎn)短，帶來產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)電極材料,37%鈣鈦礦,

5%玻璃及其他封裝材料,

32%能源動(dòng)力,14%人工成本,

3%固定資產(chǎn)折舊,9%產(chǎn)業(yè)進(jìn)入成熟階段后，鈣鈦礦組件成本預(yù)期可降至0.5-0.6元/W，極具競(jìng)爭(zhēng)力：按照一般新技術(shù)發(fā)展規(guī)律，隨鈣鈦電池技術(shù)的不斷成熟和大規(guī)模運(yùn)用，組件的效率、生產(chǎn)良率等都還有提升空間，規(guī)模效應(yīng)下運(yùn)營(yíng)成本將不斷下降，設(shè)備端也有望持續(xù)降本，根據(jù)協(xié)鑫光電此前數(shù)據(jù)，百兆瓦級(jí)鈣鈦礦產(chǎn)線下組件效率有望在近一兩年內(nèi)陸續(xù)突破18%、20%，單瓦生產(chǎn)成本將小于1元/W，當(dāng)鈣鈦礦電池達(dá)到5-10GW級(jí)別量產(chǎn)后，成本可降至0.5-0.6元/W，屆時(shí)相比晶硅電池就會(huì)顯示出明顯優(yōu)勢(shì)。圖表：鈣鈦礦、晶硅電池產(chǎn)線投資額對(duì)比圖表：鈣鈦礦組件成本結(jié)構(gòu)拆分（2019年11月）資料來源：趕碳號(hào)科技、索比光伏網(wǎng)、國(guó)海證券研究所192.3 規(guī)模量產(chǎn)核心挑戰(zhàn)——

穩(wěn)定性與大尺寸制作鈣鈦礦電池的使用壽命較大程度受制于穩(wěn)定性，成為產(chǎn)業(yè)化主要挑戰(zhàn)：太陽能電池的發(fā)電能力一般會(huì)隨工作時(shí)間的增加而逐步減弱，維持一定的基本轉(zhuǎn)換效率水平的時(shí)間就是電池的壽命，在一定的初始成本下，太陽能電池的壽命越長(zhǎng)，生命周期累計(jì)發(fā)電量就越多，度電成本LCOE也越低。但由于鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性較差，使用壽命相對(duì)比較短，早期僅有幾分鐘，在過去的報(bào)道中一般較長(zhǎng)也僅有幾千小時(shí)，而當(dāng)下晶硅電池的壽命長(zhǎng)達(dá)25年以上，因此穩(wěn)定性成為鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化的主要挑戰(zhàn)。鈣鈦礦電池的不穩(wěn)定性來源于鈣鈦礦材料本身的不穩(wěn)定，以及電池整體材料結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境因素十分敏感。鈣鈦礦晶體屬于離子晶體，工作中鹵素離子容易發(fā)生移動(dòng)分解，同時(shí)還可能與傳輸層、電極材料發(fā)生負(fù)面反應(yīng)，進(jìn)一步導(dǎo)致電池的分解失效。另一方面，水分、氧氣和紫外光都會(huì)促進(jìn)鈣鈦礦電池的分解，而當(dāng)溫度較高的時(shí)候，鈣鈦礦也會(huì)面臨分解問題，同時(shí)水氧的分解效果將會(huì)加強(qiáng)。圖表：鈣鈦礦與傳統(tǒng)電池平準(zhǔn)化成本與壽命之間關(guān)系圖表：鈣鈦礦電池對(duì)環(huán)境因素敏感資料來源：《鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)化之路上面臨的問題》、ScienceDirect202.3 規(guī)模量產(chǎn)核心挑戰(zhàn)——

穩(wěn)定性與大尺寸制作鈣鈦礦電池隨制作尺寸的放大，轉(zhuǎn)換效率明顯下降，尚難達(dá)到商業(yè)化普遍應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。雖然目前鈣鈦礦電池在研究層面已達(dá)到較高的效率水平，但高效率表現(xiàn)都是在小面積基礎(chǔ)上，效率超過20%的電池面積基本要在100平方厘米以內(nèi)，隨制作面積的放大，電池轉(zhuǎn)換效率會(huì)明顯下降，超過1000平方厘米后效率就不太容易達(dá)到18%以上。然而光伏組件（鈣鈦礦組件與電池面積相當(dāng)）必須要達(dá)到一定的尺寸才能有經(jīng)濟(jì)性地?cái)偙∠到y(tǒng)成本，目前大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)用的晶硅電池組件面積一般都在1.6-3.1平方米，因此如何使鈣鈦礦電池在大面積條件下達(dá)到理想效率水平成為產(chǎn)業(yè)化的重要挑戰(zhàn)。膜層制作工藝是限制鈣鈦礦電池大面積化的主要因素。高轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦電池需要致密、整齊、晶粒大小一致且合適的高質(zhì)量鈣鈦礦吸光層。由于鈣鈦礦結(jié)晶時(shí)間短，工藝窗口小，當(dāng)制作尺寸放大后，鈣鈦礦薄膜容易出現(xiàn)孔洞和厚度不均勻等現(xiàn)象，一些制作工藝也會(huì)受到面積限制。此外，由于鈣鈦礦電池普遍使用TCO（透明導(dǎo)電氧化物薄膜）收集電流，其方阻較金屬電極的方阻要大，尺寸放大后阻抗導(dǎo)致的器件衰減效率較為明顯。圖表：面積與效率關(guān)系圖 圖表：不同制備方法隨面積增大光電轉(zhuǎn)換效率逐漸降低資料來源：SpringerLink、ResearchGate212.4 技術(shù)升級(jí)多方面探索，可靠性認(rèn)證時(shí)間檢驗(yàn)制作高效、穩(wěn)定的大尺寸鈣鈦礦電池，諸多技術(shù)手段在不斷探索：鈣鈦礦電池的效率、穩(wěn)定性和尺寸面積具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，在一定的工藝技術(shù)水平下三者往往難以得兼，只能取得一個(gè)最優(yōu)的均衡，為了提升電池經(jīng)濟(jì)性，真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化，諸多技術(shù)手段在不斷探索：優(yōu)選材料及組分：增強(qiáng)鈣鈦礦電池穩(wěn)定性的重要方法，在鈣鈦礦材料層面可以采用混合有機(jī)陽離子，或引入長(zhǎng)鏈有機(jī)陽離子形成二維/三維鈣鈦礦，提高穩(wěn)定性，傳輸層材料方面可以采用如CuCrO2無機(jī)空穴傳輸材料膜層改善與修飾工程：鈣鈦礦電池各膜層的質(zhì)量及特性既決定電池效率又能決定其穩(wěn)定性，也是大尺寸制作的主要痛點(diǎn)，可以通過溶劑工程、界面工程和添加劑工程等方式進(jìn)行優(yōu)化提升，具體包括采用反溶劑、增加緩沖層、前驅(qū)體溶液使用添加劑等方式，是技術(shù)升級(jí)的關(guān)鍵手段。提升封裝工藝：水分和氧氣入侵是鈣鈦礦電池不穩(wěn)定性一大主要原因，因此可以采用密封性更好的材料和工藝，如氟硅聚合物凝膠。4）膜層制作新工藝：如采用真空閃蒸輔助溶液工藝制作大面積鈣鈦礦層。膜層改善與修飾方法具體內(nèi)容溶劑工程1）溶劑不僅起到溶解溶質(zhì)的作用，而且還參與鈣鈦礦的結(jié)晶過程，在控制反應(yīng)速率、形核生長(zhǎng)、粗化晶粒等方面起著多重作用，2）控制溶劑的沸點(diǎn)、蒸氣壓、路易斯堿度、分子大小和互溶性等性質(zhì)可以有效改善鈣鈦礦薄膜性能，3）采用混合溶劑和反溶劑搭配等方法也有利于改善鈣鈦礦薄膜形貌，提升轉(zhuǎn)換效率。界面工程1）鈣鈦礦層與傳輸層界面處容易形成非輻射復(fù)合中心，降低器件的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，2）通過對(duì)界面進(jìn)行處理修飾，如利用多巴胺、碘化處理等方式可以提升電池效率，同時(shí)增強(qiáng)穩(wěn)定性，3）傳輸層與鈣鈦礦層之間增加緩沖層，起到鈍化提效和抑制分解提升穩(wěn)定性的效果。添加劑工程1）添加劑是優(yōu)化鈣鈦礦太陽電池的有效手段，可以是鹽、聚合物等，種類多樣，2）在制備鈣鈦礦層時(shí)使用添加劑可以起到調(diào)節(jié)鈣鈦礦的結(jié)晶和形貌、加速結(jié)晶、形成均勻無針孔薄膜等作用，3）傳輸層添加劑可以減少電阻提升效率，提高穩(wěn)定性。圖表：改善鈣鈦礦薄膜的優(yōu)化策略及具體內(nèi)容圖表：鈣鈦礦電池增加緩沖層（上）和添加助劑改善形貌（下）資料來源：硅酸鹽學(xué)報(bào)，科學(xué)通報(bào)、德滬涂膜設(shè)備，Journal

of

Materials

Chemistry

A、國(guó)海證券研究所222.4 技術(shù)升級(jí)多方面探索，可靠性認(rèn)證時(shí)間檢驗(yàn)資料來源：光伏們、國(guó)海證券研究所測(cè)試方面具體測(cè)試內(nèi)容性能測(cè)試最大功率點(diǎn)的測(cè)試、低輻照度下的性能、熱斑耐久實(shí)驗(yàn)環(huán)境箱老化測(cè)試光衰老化實(shí)驗(yàn)、冷熱循環(huán)試驗(yàn)、濕凍測(cè)試試驗(yàn)、濕熱測(cè)試試驗(yàn)、紫外老化試驗(yàn)電器安規(guī)試驗(yàn)絕緣試驗(yàn)、濕漏電流試驗(yàn)、旁路二極管試驗(yàn)機(jī)械應(yīng)力測(cè)試引出端強(qiáng)度試驗(yàn)、機(jī)械載荷試驗(yàn)、冰雹試驗(yàn)戶外測(cè)試單項(xiàng)及序列測(cè)試穩(wěn)定性測(cè)試為鈣鈦礦技術(shù)推廣的必要手段，專用標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，但現(xiàn)有商業(yè)化產(chǎn)品已可通過現(xiàn)有IEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。光伏組件要求長(zhǎng)達(dá)二十年以上穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，測(cè)試是必不可少的檢測(cè)手段，對(duì)于本身不穩(wěn)定性更突出的鈣鈦礦組件，如此長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行則是前所未有的挑戰(zhàn)，因此更需要通過測(cè)試來驗(yàn)證其可靠性，這也是向市場(chǎng)大規(guī)模推廣的重要基礎(chǔ)。目前專門針對(duì)鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，但纖納公司的商業(yè)化大尺寸鈣鈦礦組件產(chǎn)品（面積1.2x0.6米）已經(jīng)通過了ICE61215和ICE61730穩(wěn)定性全體系認(rèn)證，兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件雖是針對(duì)晶硅為主的光伏組件，但也一定程度驗(yàn)證了組件在濕熱等環(huán)境下的可靠性，不過由于兩種電池晶體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部構(gòu)造截然不同，通過認(rèn)證并非就表明鈣鈦礦組件壽命就可以像晶硅組件一樣達(dá)到25年以上。未來將會(huì)有更多長(zhǎng)時(shí)間電站運(yùn)行實(shí)證數(shù)據(jù)，有望驗(yàn)證鈣鈦礦組件可靠性，有力的推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行。且不論ICE認(rèn)證中如雙85加速濕熱老化測(cè)試對(duì)鈣鈦礦組件是否完全有效，電站在實(shí)際運(yùn)行中也存在各種復(fù)雜情況，鈣鈦礦組件在真實(shí)環(huán)境下的穩(wěn)定性存在不確定性。不過隨鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)，當(dāng)前已有不少試驗(yàn)電站項(xiàng)目將持續(xù)不斷的提供實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，未來也將會(huì)有更多大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的戶外數(shù)據(jù)對(duì)鈣鈦礦技術(shù)的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，有望強(qiáng)有力的推動(dòng)鈣鈦礦組件進(jìn)一步市場(chǎng)化。

圖表：國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)

61215標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容 23鈣鈦礦電池可展現(xiàn)出多彩、高透明、柔性化等豐富外觀：

鈣鈦礦材料具備良好吸光性能，膜層可以做得很薄，其材料特性給電池外觀提供了豐富的開發(fā)空間，如豐富色彩、半透明、柔性可彎曲等，同時(shí)也能保證一定的發(fā)電效率。新興光伏運(yùn)用場(chǎng)景發(fā)電收益及使用壽命要求相對(duì)較低，有望成為鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化先期突破口：鈣鈦礦組件產(chǎn)品受當(dāng)前轉(zhuǎn)換效率、長(zhǎng)期使用壽命等因素限制，在一般光伏電站領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)性尚難與晶硅產(chǎn)品相比。但在BIPV（建筑光伏一體化）、CIPV（車載光伏）、消費(fèi)電子等光伏應(yīng)用領(lǐng)域，高發(fā)電收益并不一定是單一的主要考慮因素，使用壽命也并不一定需要太長(zhǎng)，而鈣鈦礦電池豐富的外觀優(yōu)勢(shì)能得到良好的發(fā)揮，更強(qiáng)的弱光發(fā)電能力也能在室內(nèi)、早晚等常見場(chǎng)景體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，因此有望成為培育鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的重要先期市場(chǎng)。圖表：彩色半透明鈣鈦礦組件圖表：鈣鈦礦電池可柔性高2.5 豐富外觀帶來價(jià)值，新應(yīng)用場(chǎng)景提供產(chǎn)業(yè)化橋梁資料來源：纖繪光能官網(wǎng)、ESG與企業(yè)管理24BIPV：根據(jù)住建部前期發(fā)布的“十四五”

規(guī)劃，到2025年，完成既有建筑節(jié)能改造面積3.5億平方米以上，全國(guó)新增建筑太陽能光伏裝機(jī)容量0.5億千瓦以上，BIPV作為將太陽能發(fā)電(光伏)產(chǎn)品集成到建筑上的節(jié)能技術(shù)，累計(jì)滲透率則有望從2020年的0.1%提升至2030年的5%，市場(chǎng)規(guī)?；?qū)⑦_(dá)到4000億元左右，

。CIPV：CIPV目前尚處于起步階段，根據(jù)初創(chuàng)公司EV

Solar

Kits的方案，安裝在Model

3和Model

Y汽車的車頂上的光伏產(chǎn)品成本為5000元，加裝后可讓汽車每天多跑100公里。據(jù)德滬涂膜設(shè)備預(yù)計(jì)，2023年全球新能源汽車可突破

1300萬輛，而可安裝光伏電池面積預(yù)計(jì)可達(dá)30萬平米。消費(fèi)電子：使用太陽能是消費(fèi)電子環(huán)保低碳化發(fā)展的方向，其本身使用壽命相對(duì)較短，對(duì)于電池的價(jià)格也不太敏感，主要是在室內(nèi)弱光等條件使用，成為契合鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化新領(lǐng)域。從消費(fèi)電子常用的紐扣電池來看，目前的全球市場(chǎng)規(guī)模為200億元，帶來較大的空間。圖表：鈣鈦礦在BIPV的應(yīng)用場(chǎng)景圖表：車載光伏圖表：太陽能驅(qū)動(dòng)的無線鍵盤資料來源：仁爍光能官網(wǎng)、華中大技術(shù)轉(zhuǎn)移2.5 豐富外觀帶來價(jià)值，新應(yīng)用場(chǎng)景提供產(chǎn)業(yè)化橋梁252.6 國(guó)內(nèi)外政策支持，助力鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化鈣鈦礦技術(shù)作為新一代光伏電池技術(shù)，在碳中和背景下受到國(guó)內(nèi)多部門政策重視，如《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》在內(nèi)的綱領(lǐng)性文件明確提出對(duì)鈣鈦礦高效低成本光伏技術(shù)的掌握，工信部等六部門推出的《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》在聚焦鈣鈦礦技術(shù)發(fā)展的前提下，進(jìn)一步明確了對(duì)規(guī)?；慨a(chǎn)能力的需求。海外主要國(guó)家將鈣鈦?zhàn)鳛槲磥黻P(guān)鍵技術(shù)，政策層面給予資金支持。美國(guó)政府于2022年出臺(tái)一系列政策新投入5600萬美元資金以刺激美國(guó)國(guó)內(nèi)太陽能光伏制造與回收利用，包括支持鈣鈦礦太陽能電池的開發(fā)，通過投資更新的技術(shù)鞏固本土太陽能供應(yīng)鏈，并奪取太陽能領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位；韓國(guó)國(guó)內(nèi)光伏制造商高度重視基于硅和鈣鈦礦的串聯(lián)太陽能電池技術(shù)，韓國(guó)貿(mào)易、工業(yè)和能源部也將在在未來5年內(nèi)投資1900億韓元用于相關(guān)技術(shù)的研究。

圖表：我國(guó)近年來鈣鈦礦發(fā)展相關(guān)政策 時(shí)間政策/會(huì)議頒布單位主要內(nèi)容2023/1/9《關(guān)于鈣鈦礦光伏電池標(biāo)準(zhǔn)專題組征集新標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目提案的通知》中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)鈣鈦礦光伏電池領(lǐng)域新標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目進(jìn)行了提案的公開征集，主要目的在于推進(jìn)鈣鈦礦光伏電池標(biāo)準(zhǔn)化工作，填補(bǔ)鈣鈦礦光伏電池標(biāo)準(zhǔn)空白，完善鈣鈦礦伏領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系。征集范圍包括但不限于材料、制備工藝、電池組件、應(yīng)用特殊要求等方面。是完善鈣鈦礦技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定，推動(dòng)鈣鈦礦技術(shù)商業(yè)化發(fā)展及運(yùn)用。2023/1/3《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》工業(yè)和信息化等六部門加快智能光伏創(chuàng)新突破，發(fā)展高純硅料、大尺寸硅片技術(shù)，支持高效低成本晶硅電池生產(chǎn)，推動(dòng)N型高效電池、柔性薄膜電池、鈣鈦礦及疊層電池等先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，提升規(guī)?；慨a(chǎn)能力。2022/10/28《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展有關(guān)事項(xiàng)的通知》國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳國(guó)家能源局綜合司落實(shí)相關(guān)規(guī)劃部署，突破高效晶體硅電池、高效鈣鈦礦電池等低成本產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，推動(dòng)光伏發(fā)電降本增效，促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展。推動(dòng)高效環(huán)保型及耐候性光伏功能材料技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，提高光伏組件壽命。2022/8/29《加快電力裝備綠色低碳創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)》工信部、財(cái)政部商務(wù)部等五部門聯(lián)合印發(fā)重大工程牽引帶動(dòng)光伏，鼓勵(lì)全國(guó)內(nèi)部相對(duì)發(fā)達(dá)，具備基礎(chǔ)建設(shè)條件的地區(qū)推進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)用。在太陽能裝備方面，推動(dòng)T包括晶體硅太陽能電池技術(shù)和鈣鈦礦、疊層電池組件技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，開展新型高效低成本光伏電池技術(shù)研究和應(yīng)用，并進(jìn)行一定程度的試點(diǎn)示范和行業(yè)應(yīng)用。2022/8/18《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案(2022-2030)》科技部發(fā)改委工信部等九部門聯(lián)合印發(fā)提出“分步走”計(jì)劃，具體目標(biāo)為：2025年實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)行業(yè)和領(lǐng)域低碳關(guān)鍵核心技術(shù)的重大突破:

2030年，進(jìn)一步研究突破一批碳中和前沿和顛覆性技術(shù)研發(fā)，其中包括高效穩(wěn)定的鈣鈦礦技術(shù)。2022/6/1《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》發(fā)改委、國(guó)家能源局、財(cái)政部等九部門聯(lián)合印發(fā)文件中對(duì)鈣鈦礦技術(shù)的明確的發(fā)展規(guī)劃和要求，要求掌握鈣鈦礦等新一代高效低成本光伏電池制備及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，在與光伏技術(shù)適配的電解水制氫技術(shù)也做了明確方向規(guī)劃，其中涉及到研發(fā)儲(chǔ)備鈉離子電池、液態(tài)金屬電池、固態(tài)鯉離子電池、金屬空氣電池鯉硫電池等高能量密度儲(chǔ)能技術(shù)。2021/11/29《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》國(guó)家能源局科學(xué)技術(shù)部提出了對(duì)鈣鈦礦光伏電池進(jìn)行示范試驗(yàn)研究。對(duì)多種鈣鈦礦電池量產(chǎn)制備技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，開發(fā)高可靠性組件級(jí)聯(lián)與封裝技術(shù)，研發(fā)方針為大面積、高效率、高穩(wěn)定性、環(huán)境友好型的鈣鈦礦電池;

結(jié)合創(chuàng)新性電池技術(shù)的同時(shí)開展對(duì)晶體硅/鈣礦、鈣礦/鈣礦等高效疊層電池制備及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)研究。資料來源：光伏行業(yè)協(xié)會(huì)、國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)等、國(guó)海證券研究所26三、量產(chǎn)制造方案開始明朗，多種路線同步推進(jìn)單結(jié)鈣鈦礦電池：工業(yè)化制造已形成基本方案膜層制作是核心：結(jié)合材料考慮經(jīng)濟(jì)性，干法與濕法各有千秋鈣鈦礦層：狹縫涂布相對(duì)主流，蒸鍍潛力大傳輸層：真空鍍膜為主，PVD與RPD結(jié)合電極層：PVD濺射形成TCO激光刻線：“3+1”四道工序，精度要求高疊層電池：兩端疊層挑戰(zhàn)升級(jí)，四端疊層另辟蹊徑273.1 單結(jié)鈣鈦礦電池：工業(yè)化制造已形成基本工藝方案資料來源：全球光伏、Energy

&

Environmental

Science、趕碳號(hào)科技、立鼎產(chǎn)業(yè)研究院、國(guó)海證券研究所單結(jié)鈣鈦礦電池與組件為一體器件，制造工序一體化，已形成基本方案。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(xì)節(jié)尚未定型，但對(duì)于單結(jié)鈣鈦礦電池而言，基本的制作流程已經(jīng)確定，由于單結(jié)鈣鈦礦電池與組件呈現(xiàn)一體化特點(diǎn)，制作電池的工序同時(shí)也是制作組件的工序，整個(gè)組件的制作工藝可分為前道電池的制作和后道封裝兩部分：前道電池制作：主要是在玻璃基板上制作鈣鈦礦電池的各個(gè)功能層，并利用激光將整塊電池劃分為若干子電池，形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。后道組件封裝：利用膠膜、玻璃蓋板等將內(nèi)部結(jié)構(gòu)密封保護(hù)，并安裝接線盒等與外部電路連接的設(shè)備，不少工序與晶硅組件類似，其中層壓是最核心的工序，膠膜方面必須使用阻水性強(qiáng)的POE，同時(shí)還需要配合使用丁基膠進(jìn)一步防止水汽進(jìn)入。圖表：鈣鈦礦太陽能電池前道流程示意圖 圖表：鈣鈦礦太陽能電池量產(chǎn)流程示意圖283.2 膜層制作是核心：結(jié)合材料考慮經(jīng)濟(jì)性，干法與濕法各有千秋濕法（溶液法）干法（氣相法）干濕混合法具體方法刮涂、狹縫涂布、噴涂等蒸鍍、PVD、RPD、ALD等涂布+蒸鍍成膜質(zhì)量薄膜缺陷較多均勻性差，結(jié)晶控制難度大厚度和均勻性控制最優(yōu)適合大面積制備中等，引入蒸鍍工藝提升均勻性成膜速度快較慢中等工藝穩(wěn)定性較差批次間穩(wěn)定性高，可重復(fù)性強(qiáng)中等經(jīng)濟(jì)性同樣節(jié)拍設(shè)備成本低有機(jī)溶劑的回收處理成本較高同樣節(jié)拍設(shè)備成本高，避免有機(jī)溶劑的使用、無環(huán)保壓力兩類設(shè)備同時(shí)使用，仍面臨有機(jī)溶劑的回收處理問題基底要求較高只適合平整的基底較低可適應(yīng)不平整的絨面基底中等膜層的制作質(zhì)量對(duì)于鈣鈦礦電池性能有著決定性影響。良好的電池膜層要求較好的均勻性、致密性、合適的厚度等，一定程度有賴于工藝的選擇。工藝配套材料，考慮經(jīng)濟(jì)性。理論上鈣鈦礦電池的各層都可以選用廣泛的材料，并采用濕法或干法進(jìn)行制作，但商業(yè)化規(guī)模量產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性是核心考慮因素，要求材料本身具有較好的穩(wěn)定性，同時(shí)根據(jù)材料特點(diǎn)，合適的配套工藝也不同。濕法工藝：主要為夾縫涂布等，優(yōu)點(diǎn)總體上為設(shè)備成本較低，材料利用率高，缺點(diǎn)為成膜質(zhì)量控制相對(duì)更難，容易受工作環(huán)境影響，此外有機(jī)溶劑的使用也會(huì)帶來環(huán)境影響。干法工藝：主要為蒸鍍、PVD、RPD、ALD等，優(yōu)點(diǎn)為適合制作大面積薄膜，膜層厚度均勻性控制良好，對(duì)基底平整度要求低，缺點(diǎn)為設(shè)備成本較高，部分存在海外技術(shù)壁壘，材料利用率低。圖表：“濕法”與“干法”制備技術(shù)對(duì)比 圖表：鈣鈦礦層不同成晶情況圖像資料來源：《鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性研究進(jìn)展及模組產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)》金勝利等、趕碳號(hào)科技、協(xié)鑫光電、國(guó)海證券研究所293.3 鈣鈦礦層：狹縫涂布相對(duì)主流，蒸鍍法潛力大具體方法工藝簡(jiǎn)述優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)圖示刮刀涂布法用刀片將前驅(qū)體溶液在基底上刮過，形成平整濕膜，濕膜干燥后形成鈣鈦礦薄膜。溶液濃度刮膜速度及基底縫隙寬度影響薄膜的厚度。制備工藝簡(jiǎn)單；所需設(shè)備、

要求低；具備大面積制備條件。刮刀的平整度精度要求高；溶液的利用度相對(duì)偏低狹縫涂布法利用一定的壓力和流量將溶液沿著涂布模具的縫隙擠壓噴出到基材上，干燥后形成鈣鈦礦薄膜。溶液密封在儲(chǔ)液罐中，顯著提高溶液的利用率；可進(jìn)行大面積制備，生產(chǎn)效率高。對(duì)操作人員技術(shù)知識(shí)要求高；涂布頭精度高維護(hù)成本高。噴墨打印法計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，通過噴墨器件將鈣鈦礦墨汁前驅(qū)體有控制地從噴嘴射到承印物上，形成鈣鈦礦膜。免除了制版的環(huán)節(jié)；可以滿足不同需求的定制化生產(chǎn)。設(shè)備技術(shù)要求高；生產(chǎn)效率低；結(jié)晶過程中的詳細(xì)時(shí)間點(diǎn)難把握。噴涂法將有機(jī)和無機(jī)前驅(qū)物溶解在溶液中，利用噴嘴將其噴涂在熱襯底上，通過蒸發(fā)后形成薄膜。工藝簡(jiǎn)單，可運(yùn)用到大面積制備的過程中。溶液利用率偏低；具體薄膜均勻性差結(jié)合強(qiáng)度低。；濕法工藝制作大面積鈣鈦礦層。將鈣鈦礦的組分原料制成溶液，通過涂布或者噴涂等方式涂覆在基底上，隨后原料相互反應(yīng)形成鈣鈦礦晶體薄膜。濕法工藝可分為：1）一步法，將鹵化鉛碘化鉛PbI2

和碘甲銨MAI等組分原料制成前驅(qū)體溶液，一次性涂覆后直接結(jié)晶形成鈣鈦礦層，2）兩步法，先將碘化鉛PbI2等鹵化物在傳輸層基底上制成薄膜，再在其上涂覆浸潤(rùn)碘甲銨鹽MAI等另外的組分溶液，形成鈣鈦礦晶體層?？傮w來看，一步法工藝簡(jiǎn)單，但需要通過吹氣、滴加反溶劑等對(duì)結(jié)晶進(jìn)行控制，存在一定難度，兩步法制作出的鈣鈦礦膜層平整度更好、晶粒更大、重復(fù)性強(qiáng)。狹縫涂布法綜合優(yōu)勢(shì)突出，成為主流工藝。鈣鈦礦層濕法工藝包括刮刀涂布法、夾縫涂布法、噴墨打印法和噴涂法，其中夾縫涂布法是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化制作鈣鈦礦層的最主流的工藝，其優(yōu)勢(shì)包括：1）可以調(diào)整狹縫寬度、摸頭移速及出液流速來對(duì)薄膜進(jìn)行精細(xì)化的調(diào)控，2）涂布過程模頭不接觸基板，防止刮擦破壞膜層，3）利用儲(chǔ)液罐存儲(chǔ)材料液體，溶液利用率高，濃度均勻性好，還可以防止人與有機(jī)溶劑接觸，保障安全。圖表：主要鈣鈦礦濕法工藝技術(shù)介紹資料來源：

《鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性研究進(jìn)展及模組產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)》金勝利等

、PV-magazine、全球光伏、國(guó)海證券研究所303.3 鈣鈦礦層：狹縫涂布相對(duì)主流，蒸鍍潛力大資料來源：化學(xué)生物期刊論文進(jìn)展及科研咨詢、清華大學(xué)真空蒸鍍?yōu)殁}鈦礦層制作主要干法工藝。蒸鍍法為在真空腔室內(nèi)，通過電阻加熱、電子轟擊等方法使鈣鈦礦層材料靶材受熱蒸發(fā)，材料氣體逸散到基片的表面沉積形成薄膜，又可分為：1）多元共蒸法，將碘化鉛PbI2

、碘甲脒FAI、碘甲銨MAI等原料同時(shí)蒸發(fā)，直接反應(yīng)形成所需鈣鈦礦材料，通過控制不同材料的蒸發(fā)速率可以調(diào)控材料反應(yīng)比例；2）分步連續(xù)蒸發(fā)，即先將一種原料先蒸鍍到基底上，緊接著把另一種材料蒸鍍到上一種原料鍍層上。膜層可控性高、質(zhì)量較好為核心優(yōu)勢(shì)：1）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，在OLED產(chǎn)線普遍為1.5m*1.85m幅面運(yùn)用，更大幅面也將應(yīng)用。2）蒸鍍過程潔凈程度高、工藝穩(wěn)定性強(qiáng)、良率高；3）可適應(yīng)粗糙襯底。成本較高為主要劣勢(shì)，多組分添加也較難：1）蒸鍍?cè)O(shè)備價(jià)格高昂，工藝速度較濕法涂布慢，滿足一定節(jié)拍下設(shè)備需求多，能耗也較高，2）材料利用率低（不足25%），也可能存在腔體腐蝕問題，3）多組分共蒸工藝調(diào)控較難，較難搭配添加劑。蒸鍍+涂布結(jié)合法：結(jié)合兩種方法優(yōu)勢(shì)，如先蒸鍍形成均勻基層再涂布其他材料反應(yīng)成為鈣鈦礦，但需要兩種工藝的設(shè)備，成本增加較多。圖表：真空蒸鍍示意圖 圖表：蒸鍍+涂布示意圖313.4 傳輸層：干法真空鍍膜為主，

PVD

結(jié)合RPD

運(yùn)用較廣真空鍍膜是鈣鈦礦電池傳輸層相對(duì)主流的制作方式。傳輸層可以選擇的材料相對(duì)豐富，但考慮產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，除了需要具備較好的載流子傳輸能力，更需要考慮長(zhǎng)時(shí)間使用的穩(wěn)定性、材料的可得性和大規(guī)模制作的工藝情況。當(dāng)前真空鍍膜干法中的PVD和RPD是制作傳輸層相對(duì)主流的方法：磁控濺射物理氣象沉積（

PVD）：即在一個(gè)電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互垂直的真空中，將低壓的氬氣電離為氬離子（Ar+）和電子，氬離子在磁場(chǎng)的作用下飛向靶材，靶原子被撞擊后脫離原來晶格的束縛氣化，逐步吸附到基板表面沉積成膜。其特點(diǎn)在于：1）技術(shù)相對(duì)成熟，能濺射的材料廣泛，2）成膜較快且均勻性好，能大面積成膜，3）靶材利用率較低，一般不足40%，4）粒子能量較高，可能對(duì)基底造成轟擊損傷。反應(yīng)式等離子體沉積（

RPD

）：本質(zhì)也是PVD的一種，不過是通過等離子發(fā)生器發(fā)射等離子流，經(jīng)過磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)打在坩堝中的靶材上，使之升華后沉積在基片上。其特點(diǎn)在于：1）鍍膜過程中粒子能量小，避免基底損傷；2）可在相對(duì)低溫條件下沉積高質(zhì)量薄膜；3）原材料利用相對(duì)較高；4）技術(shù)壁壘較高，專利被日本住友掌握。圖表：RPD沉積示意圖圖表：PVD沉積示意圖資料來源：Sumito

Heavy

Industries、

iVacuum真空聚焦、THIN

FILM

CON