钙钛矿：第三代光伏技术，产业化雏形已现

钙钛矿：第三代光伏技术，产业化雏形已现 挖掘价值投资成长 强于大市（维持） 2023年12月25日 证券分析师：周旭辉证书编号：S1160521050001联系人：唐硕电话：021-23586475 ◆钙钛矿电池降本增效前景无限，单结覆盖BIPV等特殊场景，叠层赋能晶硅进一步提效。钙钛矿电池具有转换效率上限高、吸光能力强、带隙可调节、材料成本低、生产流程短等优势。我们认为，短期单结钙钛矿有望率先应用于BIPV和CIPV等特殊场景，中长期钙钛矿与晶硅电池叠层有望赋能光伏行业进一步提效。我们预计，到2030年钙钛矿电池（单结&叠层）产能有望超过400GW。 ◆工艺端技术路线尚未统一，镀膜工艺为核心。钙钛矿生产流程可简化为在TCO玻璃衬底（单结）或硅基（叠层）衬底上先后沉积空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、导电层和背电极，其中穿插激光刻蚀工艺起到切割、开槽和清边作用，最后进行封装测试。1）镀膜工艺：钙钛矿电池镀膜的常见工艺包括以刮涂、狭缝涂布为代表的湿法镀膜工艺和以PVD、蒸镀、RPD、ALD等为代表的干法镀膜工艺。从实际产业化情况看，目前钙钛矿层通常采用狭缝涂布或真空蒸镀的方式沉积，而空穴传输层、电子传输层可分别使用PVD和RPD/ALD工艺沉积。钙钛矿各膜层的沉积方式与钙钛矿材料体系选择息息相关，未来随着钙钛矿技术和材料体系变化，各类镀膜工艺均有应用空间。2）激光刻蚀：钙钛矿电池涉及四道激光刻蚀工序，其中P1、P2、P3激光划线目的是将部分膜层打开，把大面积钙钛矿电池分割为多个子电池，并使多个子电池形成串联结构，而P4激光工序主要起到清边作用，为后道封装前提。 《特斯拉领衔，人形机器人商业化可期》2023.12.20 《温控：迈入液冷时代，储能与数据中心温控增量可期》2023.12.18《Enphase：2024年户用市场有望恢复》2023.12.08《多晶硅：周期、成本和估值探讨》2023.12.06《氢燃料电池核心部件拆解，国产化是必要途径》2023.12.04 ◆上下游产研联动，产业化雏形已现。随着国内钙钛矿电池技术突飞猛进，技术产业化有提速趋势，以协鑫光电、纤纳光电、极电光能等一大批优秀企业先后落地钙钛矿百兆瓦中试线，并取得优秀的效率表现，目前头部各家GW级产线均已规划建设，预计2024年有望落地。同时，传统晶硅企业依托在晶硅电池上的技术积累，主攻叠层方向，但多数仍处在实验室阶段。设备端，业内企业前瞻性布局钙钛矿镀膜、激光等设备，产品快速迭代升级，京山轻机、捷佳伟创、德龙激光等领先企业均已取得订单并实现出货。材料端，TCO玻璃作为单结钙钛矿电池衬底，成本占比居第一位，金晶科技在2022年5月已经实现自主知识产权的TCO玻璃产线投产，耀皮玻璃通过收购也具备TCO玻璃供应能力；钙钛矿各膜层所需金属靶材、TCO靶材也有优秀企业可供应。 【配置建议】 ◆1）镀膜设备推荐京山轻机、奥来德、捷佳伟创，建议关注微导纳米、曼恩斯特、大胜达等；2）激光设备推荐德龙激光、杰普特，建议关注帝尔激光、迈为股份、英诺激光等；3）TCO玻璃推荐金晶科技，建议关注耀皮玻璃等；4）靶材推荐隆华科技、阿石创等。 【风险提示】 ◆钙钛矿技术进展不及预期；钙钛矿扩产进度不及预期等。 正文目录 1.钙钛矿：第三代光伏技术，应用潜力无限........................................................41.1.钙钛矿材料：结构特性优异，光电应用潜力巨大........................................41.2.钙钛矿电池：降本增效前景可期，政策落地产业化提速............................51.3.单结覆盖特殊场景，叠层赋能晶硅提效........................................................92.工艺：技术路线尚未统一，镀膜工艺为核心..................................................132.1.生产流程：涉及镀膜、刻蚀、封装三大工艺..............................................132.2.镀膜工艺：钙钛矿电池核心工艺，湿法干法各有优势..............................142.3.激光刻蚀：形成电路结构，实现电池S型串联 ..........................................183.上下游产研联动，产业化雏形已现..................................................................193.1.新兴企业量产先行，晶硅研发快速跟进......................................................193.2.设备升级持续推进，配套材料逐步落地......................................................214.投资建议：关注设备、材料投资机会..............................................................235.风险提示.............................................................................................................24 图表目录 图表1：钙钛矿物晶体............................................................................................4图表2：钙钛矿晶体结构........................................................................................4图表3：钙钛矿材料在光伏领域的应用................................................................5图表4：钙钛矿材料制造高亮度LED.....................................................................5图表5：钙钛矿电池工作原理（平面正向电池）................................................5图表6：单结钙钛矿电池结构示意图....................................................................6图表7：叠层钙钛矿电池结构示意图....................................................................6图表8：单晶硅电池（蓝）与钙钛矿电池（红）实验室效率对比....................7图表9：钙钛矿层厚度仅0.3微米........................................................................7图表10：钙钛矿带隙覆盖范围广..........................................................................7图表11：太阳能钙钛矿材料纯度要求低..............................................................8图表12：协鑫光电100MW级别钙钛矿组件量产成本构成（%）........................8图表13：晶硅电池及钙钛矿电池生产流程对比..................................................8图表14：钙钛矿政策文件......................................................................................9图表15：单结钙钛矿电池应用于BIPV和CIPV场景........................................10图表16：隆基晶硅光伏幕墙转换效率10%-20%.................................................10图表17：2020-2026年中国BIPV新增装机规模（GW）...................................11图表18：不同结构太阳能电池理论效率极限....................................................12图表19：TOPCon电池升级路径..........................................................................12图表20：2021-2030年钙钛矿（单结&叠层）产能预测（GW）.......................12图表21：协鑫光电钙钛矿生产流程及设备示意图............................................13图表22:晶硅/钙钛矿叠层电池工艺流程..........................................................14图表23:钙钛矿湿法镀膜工艺示意图................................................................15图表24：钙钛矿湿法镀膜工艺优缺点对比........................................................15图表25：真空蒸发镀膜示意图............................................................................16图表26：真空磁控溅射镀膜示意图....................................................................16图表27：典型反应等离子体沉积系统................................................................16图表28：原子层沉积反应示意图........................................................................16 图表29：一步和两步法溶液涂布制备钙钛矿薄膜............................................17图表30：气相辅助溶液法示意图........................................................................17图表31：各公司钙钛矿薄膜制备工艺选择........................................................17图表32：钙钛矿激光工艺流程............................................................................18图表33：P1、P2、P3激光互连示意图..............................................