产业深度01期：钙钛矿电池产业链深度报告（五），柔性钙钛矿价值初显，轻质化便携性应用可期

产业深度 产业研究中心 2023.08.15，01期 作者：肖洁 电话：021-38674660 邮箱：xiaojie@gtjas.com 资格证书编号：S0880513080002 作者：鲍雁辛 电话：0755-23976830 邮箱：baoyanxin@gtjas.com 资格证书编号：S0880513070005 钙钛矿电池产业链深度报告（🖂）：柔性钙钛矿价值初显，轻质化便携性应用可期 摘要： 柔性钙钛矿灵活轻质，实验室效率达到23.6%。柔性钙钛矿不再以透明玻璃作为基底，而采用以PET、PEN、PI等材料为主的柔性基板，因此赋予其轻质、灵活的特点，可应 用于多领域并有望采用成熟卷对卷工艺生产。当前柔性钙钛矿实验室转换效率达到23.6%，量产效率略低于刚性钙钛矿器件。随着设备工艺逐渐成熟，量产效率有望迅速提升。 往期回顾 制氢电解槽和输氢管道：欧洲氢能下一步的着力点 2023.07.29 降本为王：论碱性和PEM电解水制氢技术路线的选择 2023.07.07 钙钛矿电池产业链深度报告（四）：效率极限探索下，叠层电池振翅欲飞 2023.07.05 机器人产业深度（三）：机器人的关节— —精密执行器 2023.06.26 制造业数字化转型投资框架：迈入工业数字化时代 2023.06.26 柔性钙钛矿器件拓宽下游应用场景，便捷性轻量化助力系统成本下降。由于柔性钙钛矿 质量轻、可挠性，可应用于对轻量化要求较高的领域（老旧屋顶等）、对运输安装人工成本更敏感领域（BAPV等）、及对价格较不敏感的电子消费类领域（电子标签等），有望拓宽钙钛矿光伏应用场景。据测算，至2030年，柔性钙钛矿电池在户用光伏场景下市场 规模有望突破180亿元。轻量化特征具备降低系统成本潜力，以美国户用屋顶光伏市场为例，经测算，柔性钙钛矿价格远低于晶硅电池及柔性CIGS电池。 柔性工艺沿袭刚性钙钛矿，封装要求更严格。柔性钙钛矿器件制备工艺与刚性钙钛矿基本一致，对于干法或湿法技术的涂布主要考虑工艺性价比，目前产业端主要以湿法涂布 为主。柔性钙钛矿远期可采用卷对卷工艺，进一步提升生产效率，降低生产成本。柔性钙钛矿对激光要求更高，精度控制更加严格。封装工艺可参考OLED封装方式，但制备要求更加简单。具备面板封装材料生产经验厂商或具备材料端先发优势。 柔性钙钛矿迈入产业化，多企业开启100MW产线建设。柔性钙钛矿企业大正微纳目前已经完成MW中试，并开始建设百MW级生产线，标志着柔性钙钛矿进入产业化阶段。目前协鑫光电、纤纳光电、极电光能100MW产线已建成投产，众能光电、无限光能、脉 络能源、光晶能源等多厂商已开启100MW产线建设，预计2023年年底建成。 风险提示：柔性钙钛矿电池下游需求不及预期，电池技术提升不及预期，产业链推进不及预期 目录 1.柔性钙钛矿拓宽应用场景，工艺与封装是产业化关键3 1.1.柔性钙钛矿实验室光电转化效率达23.6%，灵活轻质特性拓宽光伏应用场景3 1.2.柔性特征提升电池制备难度，产业化瓶颈在制备工艺与封装4 2.新场景助力柔性钙钛矿产业化推进，轻量化助力组件及工程降本.62.1.柔性钙钛矿电池经济性有望随规模化放大6 2.2.轻量化、可挠性打开柔性钙钛矿电池应用空间7 3.柔性钙钛矿制备要求更严格，封装材料助力产业落地10 3.1.柔性工艺可从刚性切换，激光要求更严格10 3.2.封装工艺兼顾成本及性能，参考刚性钙钛矿及柔性OLED13 4.光伏龙头布局晶硅叠层，多路线推动产业发展14 5.风险提示19 1.柔性钙钛矿拓宽应用场景，工艺与封装是产业化关键 1.1.柔性钙钛矿实验室光电转化效率达23.6%，灵活轻质特性拓宽光伏应用场景 柔性钙钛矿电池技术拓宽灵活轻质多应用场景。早期的钙钛矿太阳能电池主要以刚性玻璃基底为主，Kumar等人首次于2013年报道了柔性钙钛矿电池，其光电转换效率为2.62%，从此拉开柔性钙钛矿太阳能电池 的序幕。钙钛矿材料吸光能力优异，带隙可调，激子束缚能小，是颇受关注的光伏电池新技术之一。此外，钙钛矿材料也是一种“软晶体”材料，其体积模量与剪切模量的比值超过2.0，使其具备柔性材料的力学特征，能够承受一定程度的压缩、变形和弯曲。当前，实验室柔性太阳能光电转换效率达到23.6%，大面积量产效率略低于刚性钙钛矿电池。柔性钙钛矿电池不再以透明玻璃作为基底，而转用聚合物材料或金属箔作为柔性基板，由于其轻质、灵活等特点，可用于开发柔性自供电电子产品、拓宽分布式光伏应用空间，并可延伸至可穿戴光伏、车用光伏、空间航天应用光伏等领域。此外，柔性钙钛矿电池产业化有望应用成熟卷对卷工艺制备，具备较高降本潜力。 图1：柔性钙钛矿电池效率上升速率显著图2：柔性电池实验室效率达到23.6% 资料来源：CNKI，协鑫光电，大正微纳，国泰君安证券研究 资料来源：CNKI，通威股份，隆基绿能，晶科能源，华晟新能源，协鑫光电，大正微纳，国泰君安证券研究 图3：实验室端柔性钙钛矿电池效率略低于刚性钙钛矿电池 资料来源：CNKI《柔性钙钛矿光伏：研究进展、商业化进程和展望》 1.2.柔性特征提升电池制备难度，产业化瓶颈在制备工艺与封装 柔性钙钛矿电池主要区别在于使用柔性聚合物基底。柔性钙钛矿太阳能电池结构与刚性钙钛矿电池基本一致，将底部刚性玻璃基底替换为聚合 物基板或金属箔等柔性基材。目前，产业端主要以柔性聚合物衬底为主，其弯曲性好、光学透明度高，化学稳定性较高，而由于大多数聚合物基底难以承受150℃以上高温，钙钛矿电池所有功能层的制备和处理工艺都必须在低温下进行，以保护基底不受到破坏。常用的聚合物衬底主要包括PET、PEN、聚酰亚胺（PI）、聚碳酸酯（PC）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）和热塑性聚氨酯（TPU）。选定基材后，再在表面沉积ITO或IZO等材料以形成高质量TCO功能层。 图4：柔性钙钛矿电池在柔性基底上制备 资料来源：CNKI《柔性钙钛矿太阳能电池的力学稳定性研究进展》 表1：常用的柔性聚合物衬底的性能参数 衬底种类 Tg/℃ 熔点 密度/(g/cm3) 模量/MPa 工作温度/℃ CTE/(10-6℃-1) 吸水率/% 耐溶剂性 尺寸稳定性 PEN 120~155 269 1.36 (0.1~0.5) ~155 20 0.3~0.4 优 优 ×103 PET 70~110 115~258 1.39 (2~4.1)×103 -50~150 15~33 0.4~0.6 优 优 PI 155~270 250~452 1.36~1.43 2.5×103 ~400 8~20 1.3~3.0 优 良 PC 145 115~160 1.20~1.22 (2.0~2.6)×103 -40~130 75 0.16~0.35 差 良 PDMS -125 \ 1.03 1 -45~200 310 >0.1 差 优 TPU 80 180 1.18 7 130 153 0.2 优 优 资料来源：CNKI《柔性钙钛矿光伏：研究进展、商业化进程和展望》 工艺与封装是柔性钙钛矿电池产业化关键。当前，制约柔性钙钛矿太阳能电池效率提升的瓶颈主要集中在制备工艺与封装上。工艺端，由于柔性基底耐热性弱、表面能低且润湿性差等缺点，柔性基底上沉积的钙钛 矿薄膜通常表现出较差的晶体质量，制备大晶粒尺寸、低陷阱密度、高覆盖率和高结晶度的高质量钙钛矿薄膜是当前的主要挑战之一。目前解决方案主要聚焦于新型墨水工艺调控、新型退火工艺开发、界面调控工艺等（图5）。封装端，柔性钙钛矿电池需要用高阻隔封装膜来取代刚性组件中的封装玻璃，而当前高阻隔封装膜产业链不成熟、成本较高，对薄膜封装的研究及产业化将具有重要意义（图6）。 图5：采用墨水工艺、退火工艺、界面调控以提高柔性钙钛矿电池效率 资料来源：《Multipassinkjetprintedplanarmethylammoniumleadiodideperovskitesolarcells》，《Hysteresis-SuppressedHigh-EfficiencyFlexiblePerovskiteSolarCellsUsingSolid-StateIonic-LiquidsforEffectiveElectronTransport》，《柔性钙钛矿光伏：研究进展、商业化进程和展望》 图6：针对电致发光二极管的几种薄膜封装方式 资料来源：CNKI《有机和钙钛矿电致发光器件的薄膜封装研究》 2.新场景助力柔性钙钛矿产业化推进，轻量化助力组件及工程降本 2.1.柔性钙钛矿电池经济性有望随规模化放大 便捷性、轻量化特征助力降低系统成本。与刚性钙钛矿光伏器件相比，柔性钙钛矿光伏器件辅材及基膜占比更高，主要由于其摒弃玻璃封装， 转而用高水汽阻隔膜。而随着该类材料产业链逐渐完善、柔性钙钛矿电池逐渐放量，远期成本有望与刚性钙钛矿光伏器件持平。以美国户用屋顶光伏市场为例，我们对晶硅光伏组件、柔性铜铟镓硒薄膜电池组件及柔性钙钛矿组件进行经济性测算，以100MW产线柔性产品作为测算依据，由于铜铟镓硒薄膜电池与柔性钙钛矿电池均具备轻量化特征，运输、安装、人工等成本大幅缩减，而受材料、设备投资等因素影响，柔性钙钛矿电池组件成本远低于柔性铜铟镓硒电池，在考虑10%利润的水平下，柔性钙钛矿电池组件价格仅需1.98美元/W，与晶硅及柔性CIGS相比经济优势显著。 图7：柔性组件辅材及基膜占比略高 资料来源：CNKI，国泰君安证券研究 图8：柔性组件随规模化放量降本速度有望加快 注：由于柔性组件通常光电转换效率更低，因此对两组件光电转换效率假设如下：刚性组件：15%（100MW）、18%（1GW）、23% （5-10GW）；柔性组件：12%（100MW）、15%（1GW）、20%（5-10GW）资料来源：CNKI，国泰君安证券研究 价格（美元/W） 晶硅电池 柔性CIGS电池 柔性钙钛矿电池 组件 0.36 1.541 0.322 逆变器 0.31 0.31 0.31 BOS支架 0.16 BOS电气设备 0.37 0.37 0.37 渠道费用：包括运输、仓储等 0.24 0.1 0.10 安装与人工 0.16 市场许可费 0.21 0.1 0.10 销售与营销 0.40 0.48 0.48 管理及其他 0.26 利润（10%） 0.25 0.29 0.29 价格总计 2.72 3.20 1.98 表2：美国户用光伏市场经济性测算 注：1考虑美国市场关税及中间商溢价等，所有组价价格计算均上浮20%；2以100MW产线作为测算基础资料来源：PVinfolink，NREL，国泰君安证券研究 2.2.轻量化、可挠性打开柔性钙钛矿电池应用空间 柔性钙钛矿电池技术拓宽灵活轻质多应用场景。柔性钙钛矿光伏器件的可挠性和产品轻量化使其应用场景更加灵活多样。例如：1）对轻量化要求较高的光伏应用领域，如老旧屋顶、高塔型建筑用光伏等；2）对运输 安装人工成本更敏感光伏应用领域，如户用屋顶光伏、户用立面光伏等一系列BAPV场景；3）对价格较不敏感的电子消费类领域：如电子标签、便携式充电装置、可穿戴光伏产品等。当前钙钛矿电池效率和寿命与晶硅光伏产品仍存在一定差距，柔性钙钛矿与刚性光伏电池下游场景形成互补之势，且对性能、成本的要求可能更为宽容，有望助力柔性钙钛矿电池产业化推进。 2030年钙钛矿户用光伏市场规模有望突破180亿元。当前，具备柔性特征的薄膜电池在美国户用市场已体现出吸引力。以薄膜电池龙头First solar为例，受下游火爆市场需求拉动，近年产能迅速拉动，2023年预计产能同比提升33%以上，预计2026年产能将达到21.4GW。新增在手订单数量提升显著，2022年达到48GW，预计远期总订单量将达到78.3GW。对Firstsolar收入进行拆分，2022年美国市场占据87%主要市场。我们预测，利用柔性钙钛矿轻量化优势，钙钛矿电池有望在户用光伏市场率先起量，且在美国等人力安装成本较高地区显现出