技术优势显著，钙钛矿电池产业化进程加速

技术优势显著，钙钛矿电池产业化进程加速

钙钛矿电池作为新能源领域的新兴技术，正逐渐成为投资者关注的焦点。近期，多家企业在钙钛矿电池的研发和生产上取得突破，引发了一波新能源股票的投资热潮。其中，金刚光伏和宝馨科技等公司在钙钛矿电池领域的布局尤为突出，吸引了大量资金流入。随着技术的不断进步和市场需求的增长，钙钛矿电池有望在未来几年内成为新能源行业的主力军，带动整个产业链的发展。

钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代薄膜电池的代表，包括单结钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池两种类型，具有高能量转化效率、价格低、重量轻、柔性大等特性。当前晶硅电池效率已经逐步接近理论效率极限 29.4%，而钙钛矿单结电池的肖克利-奎伊瑟（S-Q）理论效率极限为 33.7%，全钙钛矿叠层电池理论效率可达 44%，目前晶硅-钙钛矿叠层电池实验室效率已达 33.9%（隆基数据）。随着工艺技术不断突破，钙钛矿电池将进一步打开光电转化效率天花板。

钙钛矿电池相较晶硅电池存在以下五个主要优势：

优势一：钙钛矿材料原材料易得，原料成本低，价格周期性弱。

优势二：钙钛矿电池吸光层材料对杂质容忍度高（95%即可），远小于晶硅的 99.9999%。

优势三：钙钛矿材料吸光系数高，厚度更薄（钙钛矿吸光层厚度可做到 500nm 左右，仅为晶硅硅片厚度的 0.3-0.4%），原料使用量小。

优势四：钙钛矿电池能耗低，加工过程无高温环节，能耗最低可达到 0.2 元/w。

优势五：钙钛矿电池轻薄、吸光性好、透光度高，具备理想的柔性组件应用场景。这里将钙钛矿电池的应用可分为“柔性应用”与“刚性应用”。柔性应用场景简单分为以下三部分，并且根据现有政策简单测算了一下，未来十四五期间，国内具备近 5000 亿的柔性组件应用场景（①BIPV 即 Building Integrated PV，即光伏建筑一体化，是将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术；②BAPV 即 Building Attached Photovoltaic，主要指在现有建筑上安装的太阳能光伏发电系统；③CIPV（汽车集成光伏）领域处于起步阶段，可利用光伏全景天窗的功率输出约为数百瓦，主要用于支持供暖、通风和车载空调系统。）我们测算，十四五期间，上述三个领域对应的市场规模可达 5000 亿（此处不包括可穿戴便携充电设备）。

钙钛矿电池目前尚处于从0到1的产业化初期，相比晶硅太阳能电池其产业链更短。从新技术业绩放量顺序来看，设备厂商将最先收益，需重点关注激光、涂布、镀膜等核心设备供应商，其次，TCO玻璃、封装材料和靶材等关键辅材确定性较高，技术路径相对清晰；最后，电池厂商以初创企业为主，发展空间更具弹性。

钙钛矿制造端，国内新兴钙钛矿电池企业纷纷涌现，钙钛矿电池产业化进程持续推进。钙钛矿技术目前尚处于产业化早期，电池结构、材料体系、制备工艺、生产设备仍在持续迭代中，协鑫光电、纤纳光电、极电光能等钙钛矿电池厂商积极验证技术方向，试图解决效率、稳定性、大面积制备的三角难题，加速推进钙钛矿电池量产进程。

效率端，商用尺寸钙钛矿组件效率已突破18%。协鑫光电于2023年11月23日，推出的1mx2m钙钛矿单结组件，其光电转化效率达到18.04%，又于同年11月30日宣布279mm×370mm钙钛矿叠层组件转换效率达26.17%。极电光能于同年11月27日宣布1.2m×0.6m商用尺寸钙钛矿组件全面积效率达18.2%，创下商用尺寸钙钛矿组件效率的行业最高纪录，钙钛矿量产组件效率提升进度超过预期。

产能端，当前以百兆瓦级产线为主，2024年有望实现GW级落地。截止2023年2月底，协鑫光电和纤纳光电的100MW产线实现投产，极电光能的150MW产线也已投产，此外，极电光能、纤纳光电等多家厂商已经启动GW级产线建设计划，预计2024-2025年搭建完成。此外，比亚迪、长城汽车、京东方等龙头跨行业布局钙钛矿，有望加快产业化探索步伐。

钙钛矿企业融资轮次加速，一二级资本纷纷布局。钙钛矿技术正处于从0到1的产业化初期阶段，电池产线厂商以初创企业为主，协鑫光电、纤纳光电、极电光能等企业深受资本追捧，融资轮次持续推进，此外，多家上市公司也以参股形式进入钙钛矿制造领域，助力钙钛矿产业化突破。

钙钛矿电池作为第三代新型薄膜电池的典型代表，具备效率上限高，成本潜力大等优点，目前处于产业化落地初期。随着相关企业加大布局和开发力度，钙钛矿电池的产业化进程有望加速。中商产业研究院分析师预测，2024年中国钙钛矿电池新增产能将达2GW，2030年将达161GW。

当前，国内已有近二十多家企业宣布钙钛矿太阳能电池投资计划，行业内已有3条100MW级别钙钛矿产线投产，钙钛矿太阳能电池产业化进程提速。

钙钛矿电池已步入商业化的关键节点，随着钙钛矿电池技术不断提升，未来钙钛矿电池渗透率也将随之增长。中商产业研究院分析师预测，2024年中国钙钛矿电池渗透率将达到0.5%，2030年将增长至30%。

钙钛矿电池在大面积制备中效率损失严重。钙钛矿电池随着制作尺寸的放大，其转换效率会发生明显下降，主要有两个方面原因：一是各层薄膜的非均匀大面积沉积，二是激光划线后电阻损耗增加并产生死区。目前钙钛矿电池实验室效率进展迅速，但大多仍基于小面积薄膜制备，效率超过20%的电池面积基本在100平方厘米以内，超过1000平方厘米后效率很难达到18%以上，远不及商业化普遍应用标准。

大面积制备钙钛矿层主要采用狭缝涂布和蒸镀法，两种工艺仍需完善。狭缝涂布法的主要问题是尚未有效解决钙钛矿的成核结晶问题，由于钙钛矿的晶体结构特性，随着制备面积的增大，如果不能对其进行完全干燥，则会产生结晶导致表面出现缝隙或气泡，从而影响电池的稳定性能。风刀涂头技术可以在涂布的同时实现风干，有望解决钙钛矿干燥时间的核心问题。蒸镀法制备也存在一些产业化难点，一是设备成本较高，生产速率相对较慢，同时需要更频繁的清洗；二是该工艺对于钙钛矿层配方的调整兼容性较低；三是由于结晶大小和反应不彻底等因素，目前蒸镀法的效率记录普遍低于竞争路线。

稳定性较差，也是制约钙钛矿电池产业化的重要因素。根据《太阳能钙钛矿电池技术发展和经济性分析》（潘莹，2022年）中的分析，目前钙钛矿电池生命周期内持续光照时间最长约10000h，若按平均日照时长4h计算，理论寿命仅6.8年，相比晶硅电池25年的理论寿命存在较大差距。钙钛矿稳定性差主要受到环境和内部因素的共同影响。一方面，钙钛矿的吸光层的稳定性受环境因素影响，表现为易水解、高温易分解、温度变化下相变、光照和氧气作用下发生光致分解等。另一方面，吸光层会受电子传输层和电极材料影响。以正向结构为例，Tio2作为电子传输层在光照下产生光生空穴催化分解吸光层；Spiro-OMeTAD作为空穴传输层易受吸光层碘离子扩散影响而电荷传输性能下降；电极材料常用贵金属，但金属原子易扩散造成吸光层分解，且钙钛矿材料具有明显的离子特性，易发生离子迁移，吸光层的碘离子也会对金属电极产生腐蚀。

加强钙钛矿电池的稳定性可以从材料配方、结构优化、封装工艺三方面着手。材料配方方面，通过对吸光层、电子传输层和电极材料进行改良，可以有效提高电池稳定性。结构优化方面，通过在钙钛矿电池中加入缓冲层，可降低相邻层之间的影响，另外，制备复合电极如ITO-铜-ITO结构，避免出现离子转移的同时还可提升其导电性能。器件封装方面，采用POE+丁基胶的封装方式，可基本解决外部的水氧因素导致的衰减。

钙钛矿电池作为新能源领域的新兴技术，具有重要的研究价值和应用前景。随着技术的不断进步和市场需求的增长，钙钛矿电池有望在未来几年内成为新能源行业的主力军，带动整个产业链的发展。