鈣鈦礦電池市場分析

鈣鈦礦電池市場分析鈣鈦礦是指一類分子通式為ABX3的晶體，其中A代表一價(jià)有機(jī)或無機(jī)陽離子（如甲胺MA+、甲醚FA+、Cs+銫等）；B代表二價(jià)金屬陽離子（Pb2+鉛、Sn2+錫、Ge2+鍺，最常用是Pb2+）；X代表一價(jià)鹵素陰離子（如Br-溴、I-碘、Cl-氯，最常用是I-）。鈣鈦礦按結(jié)構(gòu)分為平面正式/平面反式。正式和反式的區(qū)別在于，電子傳輸層與空穴傳輸層的位置發(fā)生調(diào)換。中間鈣鈦礦材料為吸光層，材料的電子吸收光子能量后躍遷，形成電子-空穴對(duì)，電子與空穴在吸光層內(nèi)部迅速分開，分別通過ETL和HTL輸送到陰極、陽極，兩極之間產(chǎn)生電動(dòng)勢，進(jìn)而產(chǎn)生。二、鈣鈦礦電池優(yōu)勢1、原材料豐富易得、用量少、成本低原始材料儲(chǔ)量豐富、不受稀有金屬元素儲(chǔ)量限制；鈣鈦礦是人工合成材料，其中A位、B位、X位均可迭代替換，可選的材質(zhì)種類眾多；原材料用量少，鈣鈦礦厚度大概0.3微米，晶硅電池厚度通常為180微米。根據(jù)CPIA預(yù)測，2023年平米級(jí)鈣鈦礦光伏產(chǎn)品有望實(shí)現(xiàn)17-19%的轉(zhuǎn)換效率，預(yù)期2030年可能提升至25%。當(dāng)前百兆瓦級(jí)產(chǎn)線階段成本可以控制在1.0-1.5元/W，2025年后GW級(jí)產(chǎn)線有望將成本降至0.8元/W；2028-2030年10GW級(jí)產(chǎn)線有望將成本降至0.6元/W。2、生產(chǎn)能耗低鈣鈦礦對(duì)缺陷和雜質(zhì)不敏感，通常95%的純度即可滿足需求，而晶硅電池需要將硅提純到99.9999%，因此反復(fù)提純和制作中涉及多個(gè)千度高溫流程，而鈣鈦礦在200-300°C時(shí)就會(huì)分解，因此整個(gè)生產(chǎn)流程溫度不超過其分解溫度，生產(chǎn)能耗差距大，鈣鈦礦組件單瓦能耗約為晶硅組件的1/10。3、產(chǎn)業(yè)鏈短、耗時(shí)短晶硅電池需要經(jīng)歷硅料、硅片、電池、組件4個(gè)環(huán)節(jié)，需要在多地、多廠、多環(huán)節(jié)流轉(zhuǎn)，耗時(shí)最少需要3天；對(duì)比之下，鈣鈦礦生產(chǎn)流程簡單，直接將玻璃、膠膜、靶材、化工原料在一間工廠內(nèi)加工成組件，從原材料到組件只需要45分鐘。4、生產(chǎn)成本低鈣鈦礦進(jìn)入量產(chǎn)后，預(yù)計(jì)組件成本為0.5-0.6元/瓦，而晶硅組件的極限成本為1-1.2元，鈣鈦礦的組件成本僅為晶硅組件極限成本的50%。5、轉(zhuǎn)換效率高鈣鈦礦單層和疊層的理論值和實(shí)驗(yàn)室效率均超過晶硅電池。由于鈣鈦礦材料的帶隙可調(diào)范圍（1.72-3.06eV）遠(yuǎn)大于晶硅（1.12eV），單層鈣鈦礦理論效率上限超過30%，疊層的理論轉(zhuǎn)化效率可達(dá)45%，而晶硅為29.43%。三、鈣鈦礦電池發(fā)展瓶頸1、穩(wěn)定性、衰減、壽命問題鈣鈦礦結(jié)構(gòu)為ABX3，其中A通常為甲胺或甲脒體系（有機(jī)），B和X通常為鉛（無機(jī)金屬）和氯/碘（無機(jī)非金屬）；這種有機(jī)、無機(jī)、金屬、非金屬混雜的三元結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定（穩(wěn)定性不如晶硅），容易被水氧光熱分解，進(jìn)而影響壽。以效率下降到初始值的80%為淘汰標(biāo)準(zhǔn)。2、大面積成膜導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率下降單結(jié)鈣鈦礦面積做大后，對(duì)于晶硅才會(huì)有明顯的成本優(yōu)勢，但是，根據(jù)當(dāng)前試驗(yàn)數(shù)據(jù)，隨著面積的增加，鈣鈦礦轉(zhuǎn)換效率下滑幅度較大，主要原因包括：1）大面積鈣鈦礦薄膜容易出現(xiàn)孔洞；2）大面積界面層質(zhì)量不易控制；3）大面積組件進(jìn)行激光劃線后產(chǎn)生不具備發(fā)電能力的死區(qū)。3、鍍膜設(shè)備成本高昂鈣鈦礦電池原料用量少且不十分稀缺，關(guān)鍵技術(shù)壁壘仍然在設(shè)備端，主要涵蓋封裝、激光、鍍膜、涂布設(shè)備等。質(zhì)量更好的膜層往往需要更加精密的設(shè)備進(jìn)行制備，意味著更高的設(shè)備成本。蒸鍍在大面積薄膜制備上具有優(yōu)勢且適用于多項(xiàng)鍍膜環(huán)節(jié)，有望成為主流鈣鈦礦鍍膜技術(shù)。鈣鈦礦薄膜沉積工藝主要包括溶液法和氣相沉積法。溶液法包括刮涂法與狹縫涂布法等，優(yōu)點(diǎn)是成本低、設(shè)備兼容度高、原料利用率高，但大面積均勻性不易控制、對(duì)基底平整度要求高。同時(shí)，有毒溶劑的使用、基底對(duì)前驅(qū)體溶液的浸潤性差、難以實(shí)現(xiàn)均勻大面積鈣鈦礦薄膜制備等特點(diǎn)，也一定程度上阻礙了其在大規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用。四、鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈上游由原材料、設(shè)備生產(chǎn)廠商構(gòu)成，下游應(yīng)用領(lǐng)域眾多。相比于晶硅電池，鈣鈦礦電池具有極限轉(zhuǎn)換效率高、生產(chǎn)成本低、制備工藝簡單、高柔性等優(yōu)勢，可以應(yīng)用于光伏發(fā)電、LED等領(lǐng)域，發(fā)展前景廣闊。作為第三代太陽能電池技術(shù)，鈣鈦礦太陽電池技術(shù)被視為未來可以取代晶硅電池的技術(shù)。經(jīng)過多年來的發(fā)展，鈣鈦礦太陽電池技術(shù)得到了極大地提升，光電轉(zhuǎn)換效率不斷突破，峰值已經(jīng)接近于晶硅電池。五、鈣鈦礦電池市場規(guī)模預(yù)測根據(jù)國際市場調(diào)研機(jī)構(gòu)PrecedenceResearch的報(bào)告顯示，2021年全球鈣鈦礦太陽能電池市場約為0.6億美元，到2030年這一數(shù)字將躍升至72億美元，年復(fù)合增長率31.8%。六、鈣鈦礦電池重點(diǎn)生產(chǎn)企業(yè)1、邁為股份邁為股份是一家集機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣研制、軟件算法開發(fā)、精密制造裝配于一體的高端設(shè)備制造商。公司主營產(chǎn)品為太陽能電池生產(chǎn)設(shè)備，主要應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)鏈的中游電池片生產(chǎn)環(huán)節(jié)。公司看好異質(zhì)結(jié)/鈣鈦礦疊層技術(shù)，期待科研成果轉(zhuǎn)化。公司認(rèn)為異質(zhì)結(jié)與鈣鈦礦疊層電池技術(shù)將成為未來行業(yè)的主要發(fā)展趨勢。一方面，異質(zhì)結(jié)與鈣鈦礦電池之間展現(xiàn)出了良好的兼容性；另一方面，公司現(xiàn)有的設(shè)備和材料已經(jīng)可以有效地應(yīng)用于鈣鈦礦疊層電池的生產(chǎn)中。公司認(rèn)為產(chǎn)業(yè)化過程會(huì)分三步走，第一步異質(zhì)結(jié)的產(chǎn)業(yè)化，第二步異質(zhì)結(jié)加銅電鍍的產(chǎn)業(yè)化，第三步是異質(zhì)結(jié)疊鈣鈦礦的產(chǎn)業(yè)化。2020年，公司開展鈣鈦礦激光技術(shù)研究項(xiàng)目，研究對(duì)鈣鈦礦型太陽能電池組件的切割工藝。2021年，公司已成功交付專用于單結(jié)鈣鈦礦電池的激光設(shè)備，用于鈣鈦礦太陽能電池組件的高精度切割，是公司在單結(jié)、大面積鈣鈦礦電池領(lǐng)域的重要進(jìn)展之一。2023年，公司在異質(zhì)結(jié)技術(shù)上大的技術(shù)方向布局均已完成，據(jù)公司2023年8月公告披露，公司實(shí)驗(yàn)室鈣鈦礦研發(fā)線計(jì)劃在2023年底投入運(yùn)營。2、協(xié)鑫科技協(xié)鑫科技是全球領(lǐng)先的顆粒硅產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)商，主要業(yè)務(wù)包括硅料、硅片以及光伏電站運(yùn)營。近年來，公司顆粒硅以及鈣鈦礦業(yè)務(wù)快速發(fā)展。下屬子公司協(xié)鑫光電，專注于鈣鈦礦太陽能組件領(lǐng)域，鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率持續(xù)突破，產(chǎn)業(yè)布局行業(yè)領(lǐng)先。2021年9月，協(xié)鑫光電建成全球首條100MW量產(chǎn)線，組件尺寸1m×2m。2023年4月，協(xié)鑫光電生產(chǎn)的1m×2m全球最大尺寸鈣鈦礦組件效率達(dá)到16.02%，在大尺寸組件的量產(chǎn)和轉(zhuǎn)換效率方面領(lǐng)先行業(yè)。2023年11月，協(xié)鑫光電生產(chǎn)的1m×2m的鈣鈦礦單結(jié)組件轉(zhuǎn)換效率再次突破，達(dá)到18.04%，下一步將致力于新一代鈣鈦礦疊層組件研發(fā)。同月，生產(chǎn)的279mm×370mm鈣鈦礦疊層組件轉(zhuǎn)換效率達(dá)到26.17%。2023年12月，協(xié)鑫光電對(duì)此前的鈣鈦礦疊層組件進(jìn)行了升級(jí)，疊層面積擴(kuò)大了一倍，生產(chǎn)的369mm×555mm鈣鈦礦疊層組件轉(zhuǎn)換效率達(dá)到26.34%。此外，公司投資50億元協(xié)鑫光電GW級(jí)鈣鈦礦項(xiàng)目，致力于建設(shè)全球首條大規(guī)格2GW鈣鈦礦生產(chǎn)線，該項(xiàng)目預(yù)計(jì)將于2024年下半年完工并投入生產(chǎn)。3、捷佳偉創(chuàng)捷佳偉創(chuàng)是國內(nèi)領(lǐng)先的太陽能電池設(shè)備制造企業(yè)。主要產(chǎn)品包括濕法設(shè)備系列、管式設(shè)備系列、板式設(shè)備系列、激光設(shè)備系列、金屬化設(shè)備系列、智能制造設(shè)備系列、晶體硅電池整線解決方案等。在鈣鈦礦領(lǐng)域，捷佳偉創(chuàng)通過鞏固其現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢并進(jìn)行戰(zhàn)略性先行布局，取得了市場領(lǐng)先地位。公司具備鈣鈦礦及鈣鈦礦疊層MW級(jí)量產(chǎn)型整線裝備的研發(fā)和供應(yīng)能力，已向十多家光伏頭部企業(yè)和行業(yè)新興企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)提供鈣鈦礦裝備及服務(wù)，其中包括公司最新研發(fā)的五合一團(tuán)簇式鈣鈦礦疊層真空鍍膜設(shè)備，可以為客戶減少設(shè)備占地面積、降低成本、提升轉(zhuǎn)換效率。2022年7月，捷佳偉創(chuàng)公司鈣鈦礦太陽能電池生產(chǎn)的關(guān)鍵量產(chǎn)設(shè)備“立式反應(yīng)式等離子體鍍膜設(shè)備”（RPD）通過廠內(nèi)驗(yàn)收并投入生產(chǎn)，順利出貨了GW級(jí)HIT電池產(chǎn)線設(shè)備并中標(biāo)某領(lǐng)先公司的鈣鈦礦電池量產(chǎn)線鍍膜設(shè)備訂單，10月繼某央企研究院的鈣鈦礦低溫低損薄膜真空沉積設(shè)備訂單，某國家科學(xué)院的反應(yīng)式等離子鍍膜設(shè)備訂單后中標(biāo)某全球頭部光伏企業(yè)的鈣鈦礦電池蒸鍍設(shè)備訂單。2023年，捷佳偉創(chuàng)鈣鈦礦設(shè)備產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目在常州奠基，能夠進(jìn)一步提高公司鈣鈦礦核心裝備生產(chǎn)能力，持續(xù)鞏固公司產(chǎn)品和技術(shù)優(yōu)勢。4、京山輕機(jī)京山輕機(jī)是一家以高端裝備為核心業(yè)務(wù)的集團(tuán)公司，產(chǎn)品和服務(wù)主要應(yīng)用于光伏、瓦楞包裝等多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域。公司致力于成為全球領(lǐng)先的智能制造整體解決方案服務(wù)商。在光伏裝備領(lǐng)域，公司產(chǎn)品覆蓋了組件和電池片等環(huán)節(jié)，為客戶提供光伏單機(jī)設(shè)備和整線解決方案。京山輕機(jī)前瞻布局，較早完成鈣鈦礦設(shè)備開發(fā)以及實(shí)際銷售。2017年，京山輕機(jī)收購蘇州蘇州晟成光伏設(shè)備有限公司100%股權(quán)，主營業(yè)務(wù)增加了光伏自動(dòng)化業(yè)務(wù)，正式進(jìn)入光伏領(lǐng)域。目前，光伏業(yè)務(wù)已逐步成為公司營收的主要來源。2020年，蘇州晟成建立用于制備異質(zhì)結(jié)和鈣鈦礦疊層電池的核心設(shè)備研發(fā)中心，預(yù)計(jì)2024年6月30日達(dá)到預(yù)定可使用狀態(tài)。2021年5月，蘇州晟成與協(xié)鑫光電進(jìn)行鈣鈦礦疊層電池技術(shù)合作開發(fā)，為協(xié)鑫光電全球第一個(gè)100MW鈣鈦礦產(chǎn)線提供相關(guān)設(shè)備。2022年6月，蘇州晟成突破鈣鈦礦電池裝備，晟成光伏團(tuán)簇型多腔式蒸鍍設(shè)備具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，現(xiàn)已量產(chǎn)交付，并成功應(yīng)用于多個(gè)客戶端。前公司提供MW級(jí)鈣鈦礦及整體解決方案，并提供GW級(jí)鈣鈦礦量產(chǎn)裝備輸出與技術(shù)支持。在產(chǎn)品方面，公司可提供PVD鍍膜設(shè)備、團(tuán)簇型多腔蒸鍍設(shè)備、ITO玻璃清洗機(jī)等產(chǎn)品。5、曼恩斯特曼恩斯特專注于高精密狹縫式涂布技術(shù)工藝設(shè)計(jì)與研發(fā)，向客戶提供涂布技術(shù)整體解決方案的高新技術(shù)企業(yè)。涂布技術(shù)作為工業(yè)通用技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，公司自成立以來始終專注于涂布技術(shù)的研