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1.鈣鈦礦電池效率、成本優(yōu)勢兼?zhèn)?br />
降本增效背景下，光伏電池持續(xù)迭代

降本增效驅(qū)動下，光伏電池基本經(jīng)歷了三個發(fā)展階段： 第一階段：晶硅電池，主要包括單晶硅電池和多晶硅電池兩類，目前已實現(xiàn)商業(yè)化，但單晶硅電池生產(chǎn)成本高、制備工藝復 雜、能耗高且會造成環(huán)境污染。 第二階段：薄膜電池，主要包括非硅基薄膜電池、多晶硅薄膜電池、銅銦鎵硒和砷化鎵薄膜電池等，比硅基電池更能容忍較 高的缺陷密度，在高溫下能量轉換效率衰減更小，弱光環(huán)境仍可以工作，但生產(chǎn)成本高、需要稀缺元素。 第三階段：新型電池，主要包括染料敏化電池、鈣鈦礦電池和有機太陽電池等，具有能耗低、成本低、環(huán)境友好、原料豐富、 制備工藝簡單等優(yōu)勢。

電池結構簡潔，鈣鈦礦層是光電轉換核心

反式結構是主流應用，正式結構可以低溫制備。鈣鈦礦電池的基本結構可分為 正式結構（演化自染料敏化電池）、反式結構（演化自有機太陽電池），正式 結構最大優(yōu)勢在于電子傳輸層可以低溫制備，反式結構制備工藝簡單、成本較 低，目前反式結構是主流應用。根據(jù)陽極結構的不同，正式結構電池可分為平 面型和介孔型，兩者基本結構幾乎一致，自下而上分別為TCO玻璃、電子傳輸 層（ETL）、活性鈣鈦礦層、空穴傳輸層（HTL）和金屬電極，差別在于，介 孔型比平面型多了一層厚度為幾百納米的半導體多孔層。

鈣鈦礦層是光電轉換的核心。鈣鈦礦層吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對，由于鈣鈦礦 材料的激子束縛能很小，在室溫下就能分離為自由的載流子，并分別被傳輸層 材料傳輸出去、再被電極收集，形成電流做功，完成整個光電轉換過程。

鈣鈦礦電池理論轉換效率更高

晶硅電池轉換效率提升空間有限。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，晶硅電池理論極限效率為29.43%，TOPCon電池理論極限效率為 27.5%，HJT電池理論極限效率為28.2%-28.7%；目前TOPCon量產(chǎn)效率已達24.6%，HJT平均量產(chǎn)效率已超24%，晶硅電池量產(chǎn) 效率提升空間有限，未來十年內(nèi)或觸及瓶頸。

鈣鈦礦電池轉換效率快速提升、空間更大。用于光伏電池的鈣鈦礦材料，其A位通常是某種有機基團，B位是金屬陽離子X位 是鹵族陰離子，共同構成有機無機雜化鈣鈦礦，以CH3NH3PbI3為例，Pb和6個I組成一個[PbI6]八面體，8個[PbI6]八面體組成 網(wǎng)絡架構，CH3NH3+位于網(wǎng)絡最中間，起到平衡作用。受益于特殊物相結構，有機無機雜化材料不僅能使半徑差別懸殊的離 子穩(wěn)定共存，還賦予了諸多優(yōu)異的電化學性能，包括窄禁帶寬度、高吸收系數(shù)、高載流子遷移率和擴散長度等，這些特性使 得極薄的鈣鈦礦膜層可以充分利用太陽光譜。另外，鈣鈦礦材料對雜質(zhì)的容忍度極高，避免了晶硅常見的LID、PID和LeTID 等光照/升溫導致的效率衰減。鈣鈦礦電池轉換效率提升快，且理論轉換效率較高，單結可達31%，超過晶硅電池極限，2結疊 層可達40%左右，3結疊層可達50%左右。

2. 行業(yè)擴產(chǎn)加速，各環(huán)節(jié)優(yōu)化空間大

近年產(chǎn)業(yè)化加速，2025年或?qū)⒉饺氤墒祀A段

從行業(yè)產(chǎn)線規(guī)模、項目進展來看，2022年是鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化元年，我們預計，2023年-2024年擴產(chǎn)加速，或?qū)⒊霈F(xiàn)更多百MW級 產(chǎn)線投產(chǎn)、部分GW級產(chǎn)線招標，2025年將步入成熟商業(yè)化階段。

材料方案尚未定型，優(yōu)化空間較大

TCO玻璃：最下面是基材，目前剛性板以白玻為主，柔性板可以用軟性塑膠板；基材上面是FTO（摻氟氧化錫）或ITO（氧化 銦錫）。 ITO：白玻上的附著效果更好，ITO導電玻璃做能量匹配時，空穴傳輸層需要用spiro，其他材料難以匹配；另外，銦的含量較 少，長遠不合理。 FTO：難以制備均勻膜層，更佳的方案是直接向玻璃廠商購買FTO玻璃，玻璃廠商在熔煉過程中直接附著FTO膜，均勻度更好。

背電極：學術端，多采用金、銀；產(chǎn)業(yè)端，多采用銅、合金或金屬氧化物。 金：常見電極材料，價格昂貴，且蒸發(fā)沉積中僅少部分制備成電極，大量浪費。 銀/鋁：相比金電極，具備成本優(yōu)勢，但易與鈣鈦礦膜生產(chǎn)鹵化物，影響電極導電性，降低電荷收集效率。 碳電極：滿足導電性要求，能夠極大程度削弱水、氧氣、太陽光等對鈣鈦礦層的影響，進而提高電池穩(wěn)定性；可利用絲網(wǎng)印刷 /噴墨打印制備，成本低、易于大面積制備。

設備方案是性能與成本的平衡

設備方案尚未定型，存在較大優(yōu)化空間。目前鈣鈦礦成膜路線尚未標準化，存在多種選擇方案。器件結構、材料組分、工藝 方案均會影響設備選擇，小面積制備階段，可行性是設備方案的重要決定因素，大面積量產(chǎn)階段，設備方案將取決于性能與 成本的平衡。

以反式結構為例，成膜工序通常包括，濺射PVD鍍TCO（ITO）→濺射PVD鍍空穴傳輸層（氧化鎳）→狹縫涂布鈣鈦礦層（多 種材料方案） → ALD/RPD鍍電子傳輸層（氧化錫）→蒸鍍銅電極，激光工序通常包括，P1（刻蝕，TCO層）→P2（刻蝕，緩 沖層/鈣鈦礦層）→ P3（刻蝕，緩沖層/鈣鈦礦層/電極）→ P4（清邊）。

目前整線價值超1億元/百MW，2025年有望減半。以協(xié)鑫光電100MW產(chǎn)線為例，主要設備包括濺射PVD（空穴傳輸層/TCO）、 RPD（電子傳輸層）、蒸鍍（金屬電極）、涂布（鈣鈦礦層）、激光、封裝及其他設備，整線價值量約1.2億元。目前鈣鈦礦 設備以定制為主，疊加涂布、蒸鍍及鍍膜設備國產(chǎn)化程度有限，投資成本較高，隨著規(guī)模化與國產(chǎn)化的持續(xù)發(fā)展，2025年單 GW整線價值量有望降至5億元。

狹縫涂布是主流方案，德滬涂膜市占率超70%

狹縫涂布是鈣鈦礦層的主流方案。產(chǎn)業(yè)端，狹縫涂布目前是鈣鈦礦層的主流方案，學術端，狹縫涂布也能制備空穴傳輸層。 產(chǎn)業(yè)化應用的原因：相比其他溶液法，1）狹縫涂布可通過控制系統(tǒng)調(diào)整狹縫寬度、移動速度和輸液速度，膜層質(zhì)量調(diào)控更 加精細；2）無接觸式液膜制備技術，避免基底不平產(chǎn)生的刮擦；3）前驅(qū)液密封在儲液罐中，沉積過程中前驅(qū)液濃度不變。 相比鍍膜，狹縫涂布具有高效率、低成本、規(guī)?；葍?yōu)勢。

狹縫涂布行業(yè)集中度高，國產(chǎn)化有望加速。目前鈣鈦礦涂布設備主要供應商是美國nTact、日本東麗，刀頭等核心部件國外 壟斷。德滬涂膜是美國nTact代理商，截止2022年底國內(nèi)鈣鈦礦狹縫涂布設備市占率達70%以上，2020年起成功供貨全球首條 100MW鈣鈦礦量產(chǎn)試驗線。德滬涂膜目前在常州建設鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新中心和設備制造基地，2023年有望投入運營，有望 實現(xiàn)設備自主化。另外，狹縫涂布廣泛應用于鋰電、LCD、集成電路等領域，涂布模頭設計因場景而已，鈣鈦礦電池和LCD 的涂布要求較為接近，集成電路對涂布工藝的要求更為嚴格。隨著鈣鈦礦電池逐步放量，LCD、鋰電、半導體等涂布設備制 造商或?qū)⒉季肘}鈦礦領域，鈣鈦礦狹縫涂布設備有望加速國產(chǎn)化。

激光方案相對確定，基本實現(xiàn)國產(chǎn)化

第二、三道激光刻蝕最難，體現(xiàn)在劃線位置、能量控制及飛屑處理。鈣鈦礦電池制備過程中，除了鈣鈦礦層，第二道、第三 道激光刻蝕的技術難度最大，主要難點在于劃線位置把控、激光能量控制以及飛屑處理。劃線位置方面，激光位置及間隙要求 嚴格；能量控制方面，激光刻蝕深度要求嚴格，需要控制激光脈沖頻率；飛屑問題方面，激光劃線將會產(chǎn)生碎屑飛濺，需將碎 屑處理干凈，并保證膜層平整度。

3.全鈣鈦礦是最終方案，TCO/靶材/設備是降本關鍵

產(chǎn)業(yè)化瓶頸：大面積制備

大面積制備是商業(yè)化前提，鈣鈦礦層是最大短板。光伏降本增效背景下，大尺寸電池已成為趨勢，然而隨著面積增大，鈣鈦 礦電池的轉換效率下降較為明顯。主要原因包括：1）各層薄膜的非均勻大面積沉積；2）P2劃線邊緣處的鈣鈦礦退化；3）電 池子單元連接中的死區(qū)；4）組件串聯(lián)電阻增加、并聯(lián)電阻減小。鈣鈦礦電池大面積制備面臨諸多難題，其中最主要的是鈣鈦 礦薄膜制備。

各方案均存在局限性，后續(xù)優(yōu)化空間較大。旋涂法常用于制備小面積鈣鈦礦，可通過調(diào)整旋涂儀的轉速來控制膜層厚度，成 膜穩(wěn)定且較為均勻，但在大面積制備中，旋涂法的材料利用率較低，難以結合卷對卷大面積制備工藝。目前，大面積鈣鈦礦薄 膜制備方法主要包括狹縫涂布法、刮涂法、噴涂法及噴墨打印法等，但均存在局限性，標準化方案尚未確定，材料、設備等環(huán) 節(jié)需要同步優(yōu)化。

產(chǎn)業(yè)化瓶頸：穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是最大瓶頸，短期難以突破。根據(jù)《太陽能鈣鈦礦電池技術發(fā)展和經(jīng)濟性分析》（潘瑩，2022年）目前鈣鈦礦電池持 續(xù)光照時間最長約10000h，若按平均日照時長4h計算，理論壽命僅6.8年，相比晶硅電池25年的理論壽命，差距較大。穩(wěn)定性 是鈣鈦礦電池的最大瓶頸，目前尚無良好解決方案。

方向：疊層電池助力進一步增效

兩端器件已成為主流。通過將寬帶隙電池和窄帶隙電池串聯(lián)，能夠充分利用全光譜范圍內(nèi)的光子，減少能量損失，是突破單 節(jié)電池效率極限的重要方法。鈣鈦礦疊層電池主要分為兩端器件和四端器件，其中兩端器件僅需要一個透明電極，有利于減 少寄生吸收，同時封裝成本更低，已成為主流疊層路線。

四端器件：獨立制備兩個子電池，然后堆疊，相互之間只有光學耦合作用；優(yōu)點是子電池獨立制備，可分別采用最優(yōu)工藝； 不足是對電極要求較高，四個電極得有三個是透明電極。

兩端器件：在底電池上直接生長鈣鈦礦電池，中間通過復合層或隧道結實現(xiàn)串聯(lián)；優(yōu)點是僅需一個寬光譜透明電極，且封裝 成本更低；不足是傳統(tǒng)絨面結構的晶硅底電池提升了頂電池的制備難度，引入蒸鍍設備、投資成本提升。

方向：TCO、靶材、設備是降本關鍵

TCO、靶材及折舊構成主要成本。TCO玻璃及封裝材料成本占比約34%；其次是靶材（傳輸層/金屬電極）成本占比約31%； 鈣鈦礦材料用量較少，成本占比僅3.1%；折舊成本占比約16%；能耗成本占比約13%。

工藝優(yōu)化與組分選擇是靶材降本的主要方式。靶材是傳輸層和金屬電極的基礎材料，通過制備工藝的選擇與優(yōu)化，提升靶材 利用率，能夠降低材料成本，也能通過材料選擇實現(xiàn)降本，目前空穴傳輸層、電子傳輸層、金屬電極的低成本材料分別是無 機半導體、ZnO、銅或合金。

規(guī)?；?、國產(chǎn)化及方案優(yōu)化是設備降本的主要方式。一方面，隨著鈣鈦礦電池加速放量，規(guī)模化及國產(chǎn)化是設備降價的關鍵 動力，其中蒸鍍和涂布設備降價空間較大。另一方面，鈣鈦礦電池制備方案尚未標準化，隨著大面積、穩(wěn)定性等問題逐步解 決，投資成本有望成為設備方案的重要決定因素，其中鈣鈦礦層、空穴傳輸層和頂電極降本空間較大。

4.電池、設備、材料環(huán)節(jié)投資分析

電池：關注商業(yè)化、低成本趨勢

纖納光電：成立于2015年，總部位于杭州，是全球首家實現(xiàn)鈣鈦礦組件量產(chǎn)的公司，全球首條百MW級鈣鈦礦產(chǎn)線于2022 年初建成，5月發(fā)布全球首款鈣鈦礦商用組件α，7月首批α組價正式出貨，目前公司正在規(guī)劃GW級產(chǎn)線。公司已完成D輪融 資，本輪融資由招銀國際和杭開集團領投，資金將主要用于鈣鈦礦前沿技術的開發(fā)和GW級產(chǎn)線擴建，加快布局鈣鈦礦商 業(yè)化第二階段。公司α組件具有經(jīng)濟性、穩(wěn)定耐用和光電性能優(yōu)異三大優(yōu)勢，2023年1月順利通過IEC61215、IEC61730穩(wěn)定 性全體系認證，纖納光電成為全球首個、且目前唯一完整通過這兩項穩(wěn)定性全體系測試的鈣鈦礦機構。

原標題：光伏設備鈣鈦礦專題報告：光伏電池新勢力，產(chǎn)業(yè)化進程正加速